Conţinut
În problemele care implică mișcare circulară, descompuneti frecvent o forță într-o forță radială, F_r, care indică centrul mișcării și o forță tangențială, F_t, care punctează perpendicular pe F_r și tangențială pe calea circulară. Două exemple ale acestor forțe sunt cele aplicate obiectelor fixate într-un punct și mișcare în jurul unei curbe atunci când este frecare.
Obiect fixat într-un punct
Folosiți faptul că dacă un obiect este fixat într-un punct și aplicați o forță F la o distanță R de la pinul într-un unghi θ față de o linie spre centru, atunci F_r = R ∙ cos (θ) și F_t = F ∙ sin (θ).
Imaginați-vă că un mecanic împinge pe capătul unei chei cu o forță de 20 Newton. Din poziția în care lucrează, ea trebuie să aplice forța cu un unghi de 120 de grade față de cheie.
Calculați forța tangențială. F_t = 20 ∙ sin (120) = 17,3 Newton.
Cuplul
Folosiți faptul că atunci când aplicați o forță la o distanță R de unde este fixat un obiect, cuplul este egal cu τ = R ∙ F_t. Este posibil să știți din experiență că cu cât este mai îndepărtat de la știftul pe care îl împingeți pe o manetă sau o cheie, cu atât este mai ușor să îl faceți să se rotească. Apăsând la o distanță mai mare de ac, înseamnă că aplicați un cuplu mai mare.
Imaginează-ți că un mecanic împinge pe capătul unei chei dinamometrice de 0,3 metri lungime pentru a aplica un cuplu de Newton-metri.
Calculați forța tangențială. F_t = τ / R = 9 Newton-metri / 0,3 metri = 30 Newton.
Mișcare circulară neuniformă
Utilizați faptul că singura forță necesară pentru a menține un obiect în mișcare circulară la o viteză constantă este o forță centripetă, F_c, care indică spre centrul cercului. Dar dacă viteza obiectului se schimbă, atunci trebuie să existe și o forță în direcția mișcării, care este tangențială cu calea. Un exemplu în acest sens este forța din motorul unei mașini care o determină să se accelereze atunci când mergeți în jurul unei curbe sau forța de frecare încetinește să se oprească.
Imaginează-ți că un șofer scoate piciorul de pe accelerator și lasă o coastă de mașină de 2.500 de kilograme să se oprească de la o viteză de pornire de 15 metri / secundă în timp ce o conduce în jurul unei curbe circulare cu o rază de 25 de metri. Mașina costă 30 de metri și durează 45 de secunde pentru a se opri.
Calculați accelerația mașinii. Formula care încorporează poziția, x (t), la momentul t ca funcție a poziției inițiale, x (0), viteza inițială, v (0) și accelerația, a, este x (t) - x ( 0) = v (0) ∙ t + 1/2 ∙ a ∙ t ^ 2. Conectați x (t) - x (0) = 30 metri, v (0) = 15 metri pe secundă și t = 45 secunde și rezolvați pentru accelerația tangențială: a_t = –0,637 metri pe secundă pătrat.
Folosiți cea de-a doua lege a lui Newton F = m ∙ a pentru a afla că frecarea trebuie să fi aplicat o forță tangențială de F_t = m ∙ a_t = 2.500 × (–0.637) = –1,593 Newton.