物理中圓周運(yùn)動的多解性問題
質(zhì)點(diǎn)在以某點(diǎn)為圓心半徑為r的圓周上運(yùn)動,即質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動時其軌跡是圓周的運(yùn)動叫“圓周運(yùn)動”。它是一種最常見的曲線運(yùn)動。例如電動機(jī)轉(zhuǎn)子、車輪、皮帶輪等都作圓周運(yùn)動。圓周運(yùn)動分為,勻速圓周運(yùn)動和變速圓周運(yùn)動(如:豎直平面內(nèi)繩/桿轉(zhuǎn)動小球、豎直平面內(nèi)的圓錐擺運(yùn)動)。在圓周運(yùn)動中,最常見和最簡單的是勻速圓周運(yùn)動(因?yàn)樗俣仁鞘噶浚詣蛩賵A周運(yùn)動實(shí)際上是指勻速率圓周運(yùn)動)。
在物理學(xué)中,圓周運(yùn)動(circular motion)是在圓上轉(zhuǎn)圈:一個圓形路徑或軌跡。當(dāng)考慮一件物體的圓周運(yùn)動時,物體的體積大小可以被忽略,并將其看成一質(zhì)點(diǎn)(在空氣動力學(xué)上除外)。
圓周運(yùn)動的例子有:一個人造衛(wèi)星跟隨其軌跡轉(zhuǎn)動、用繩子連接著一塊石頭并轉(zhuǎn)圈揮動、一架賽車在賽道上轉(zhuǎn)彎、一粒電子垂直地進(jìn)入一個平均磁場、一個齒輪在機(jī)器中的轉(zhuǎn)動(其表面和內(nèi)部任一點(diǎn))、皮帶傳動裝置、火車的車輪及拐彎處軌道。
圓周運(yùn)動以向心力(centripetal force)提供運(yùn)動物體所需的加速度。這向心力把運(yùn)動物體拉向圓形軌跡的中心點(diǎn)。若果沒有向心力,物體會跟隨牛頓第一定律慣性地進(jìn)行直線運(yùn)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(yùn)動中,線速度改變(方向),而角速度不變。
火車過彎道:實(shí)際做圓周運(yùn)動 ,設(shè)計(jì)成外軌比內(nèi)軌稍高,具有向心加速度。
勻速圓周運(yùn)動與簡諧運(yùn)動的關(guān)系
汽車過拱形橋:也可看作圓周運(yùn)動,橋?qū)嚨闹С至?,又因?yàn)槠噷虻膲毫蜆驅(qū)ζ嚨闹С至κ且粚ψ饔昧头醋饔昧?,大小相等,所以壓力大小也相等?/p>
汽車過凹形橋:也可看作圓周運(yùn)動,橋?qū)嚨闹С至?,因?yàn)槠噷虻膲毫蜆驅(qū)ζ嚨闹С至κ且粚ψ饔昧头醋饔昧?,所以壓力大小也相等?/p>
航天器中的失重現(xiàn)象:有人把航天器失重的原因說成是它離地球太遠(yuǎn),從而擺脫了地球引力,這是錯誤的。正是由于地球引力的存在,才使航天器連同其他的乘員有可能做環(huán)繞地球的圓周運(yùn)動。這里的分析僅僅針對圓軌道而言。其實(shí)任何關(guān)閉了發(fā)動機(jī),又不受阻力的飛行器的內(nèi)部,都是一個完全失重的環(huán)境。例如向空中任何方向拋出的容器,其中的所有物體都處于失重狀態(tài)。
游樂場的摩天輪
離心運(yùn)動:做圓周運(yùn)動的物體,由于慣性,總有沿著切線方向飛去的傾向。但它沒有飛去,這是因?yàn)橄蛐牧υ?ldquo;拉著”它,使它與圓心的距離保持不變。一旦受力突然消失,物體就沿切線方向飛去。除了向心力突然消失這種情況,在合力不足以提供所需的向心力時,物體雖然不會沿切線飛去,也會逐漸遠(yuǎn)離圓心,稱為離心運(yùn)動。
物理中圓周運(yùn)動的多解性問題
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