「圓周運動」
質點在以某點為圓心半徑為r的圓周上運動,即質點運動時其軌跡是圓周的運動叫「圓周運動」。它是一種最常見的曲線運動。例如電動機轉子、車輪、皮帶輪等都作圓周運動。圓周運動分為,勻速圓周運動和變速圓周運動(如:豎直平面內繩/杆轉動小球、豎直平面內的圓錐擺運動)。在圓周運動中,最常見和最簡單的是勻速圓周運動(因為速度是矢量,所以勻速圓周運動實際上是指勻速率圓周運動)[1]
目錄
概念介紹
在物理學中,圓周運動(circular motion)是在圓上轉圈:一個圓形路徑或軌跡。當考慮一件物體的圓周運動時,物體的體積大小可以被忽略,並將其看成一質點(在空氣動力學上除外)。圓周運動的例子有:一個人造衛星跟隨其軌跡轉動、用繩子連接著一塊石頭並轉圈揮動、一架賽車在賽道上轉彎、一粒電子垂直地進入一個平均磁場、一個齒輪在機器中的轉動(其表面和內部任一點)、皮帶傳動裝置、火車的車輪及拐彎處軌道。圓周運動以向心力(centripetal force)提供運動物體所需的加速度。這向心力把運動物體拉向圓形軌跡的中心點。若果沒有向心力,物體會跟隨牛頓第一定律慣性地進行直線運動。即使物體速率不變,物體的速度方向也在不停地改變。即勻速圓周運動中,線速度改變(方向),而角速度不變。
特點介紹
勻速圓周運動的特點:軌跡是圓,角速度,周期,線速度的大小(註:因為線速度是矢量,"線速度"大小是不變的,而方向時時在變化)和向心加速度的大小不變,且向心加速度方向總是指向圓心。線速度定義:質點沿圓周運動通過的弧長ΔL與所用的時間Δt的比值叫做線速度,或者角速度與半徑的乘積。線速度的物理意義:描述質點沿圓周運動的快慢,是矢量。角速度的定義:半徑轉過的弧度(弧度制:360°=2π)與所用時間t的比值。(勻速圓周運動中角速度恆定)周期的定義:作勻速圓周運動的物體,轉過一周所用的時間。轉速的定義:作勻速圓周運動的物體,單位時間所轉過的圈數。
變速運動
一般地,將作圓周運動的物體所受的合力分解為徑向分力(使物體保持圓軌道運動,即 向心加速度 )和切向分力(使物體速度發生變化,即切向加速度 )。 向心力的大小由運動物體的瞬時速度決定。 繩子末端的物體在這種情況下,受到的力量可以分為徑向分力和切線分力。徑向分力可以指向中心也可以向外。