☰ Содержание · Физика

Неравномерное движение по окружности

Уроки 4 · 1 урок · Н. Ш. Турдиев, К. А. Турсунметов, А. Г. Ганиев, К. Т. Суяров, Ж. Э. Усаров, А. К. Авлиёкулов. Физика, 10 класс, 1-е издание. Издательство «Niso Poligraf», Ташкент, 2017
4

Неравномерное движение по окружности. Угловое ускорение. Тангенциальное ускорение

Учебник: с. 10–13
ЦельОпишите неравномерное движение по окружности с помощью углового ускорения и тангенциального ускорения.
Новые слова
угловая скорость · burchak tezlikугловое ускорение · burchak tezlanishтангенциальное ускорение · tangensial tezlanishцентростремительное ускорение · markazga intilma tezlanish
Объяснение

При равномерном движении по окружности линейная скорость равна υ = 2πR/T, а угловая скорость ω = Δφ/Δt = 2π/T = 2πν (единица — рад/с); они связаны соотношением υ = ωR. Если угловая скорость изменяется, вращение неравномерное. Отношение изменения угловой скорости ко времени этого изменения называется угловым ускорением: ε = Δω/Δt, единица — рад/с². Равнопеременное вращение (ε = const) описывается уравнениями, подобными уравнениям прямолинейного движения: ω = ω₀ + εt, φ = ω₀t + εt²/2, ω² – ω₀² = 2εφ, где s → φ, υ → ω, a → ε. Если модуль линейной скорости изменяется, вдоль касательной появляется тангенциальное ускорение aτ = Δυ/Δt = εR; изменение направления даёт центростремительное ускорение aₙ = υ²/R = ω²R вдоль радиуса. Полное ускорение равно векторной сумме этих двух перпендикулярных составляющих: a = √(aτ² + aₙ²). Угол поворота φ связан с числом оборотов N соотношением φ = 2πN.

Примеры
Колесо начинает вращение из состояния покоя и равномерно разгоняется с ε = 2 рад/с². Через 5 с ω = εt = 10 рад/с; угол поворота φ = εt²/2 = 2·25/2 = 25 рад (≈ 4 оборота, так как 25/(2π) ≈ 4).
Для колеса радиусом R = 0,5 м при ω = 10 рад/с и ε = 2 рад/с² на его ободе: aτ = εR = 1 м/с², aₙ = ω²R = 100·0,5 = 50 м/с²; a = √(1² + 50²) ≈ 50 м/с². Почти всё ускорение в этот момент — центростремительное.
Работа в классе

Только под наблюдением учителя, на уроке: переверните велосипед колёсами вверх (колесо в воздухе), приклейте яркую метку у обода, медленно поверните колесо рукой и сосчитайте обороты за 10 с. Обсудите, какой знак имеет ε при замедлении. Никогда не прикасайтесь к вращающемуся колесу и спицам.

Упражнения
1
Что такое угловое ускорение? Какова его единица?
2
Начальная угловая скорость колеса 4 рад/с, ε = 3 рад/с². Чему равна ω через 5 с (рад/с)?
3
Тормозящее колесо замедляется от ω = 30 рад/с до 10 рад/с за 4 с. Каково его угловое ускорение (рад/с²)?
4
Почему тело, движущееся по окружности с постоянной скоростью, всё же имеет ускорение?