概念を理解する
* 円形運動: 粒子が円形の経路で動くと、その速度が一定であっても、その方向は常に変化しています。この方向の変化は、加速があることを意味します。
* 角速度(ω): これにより、粒子がどれだけ速く回転しているかが測定されます。それは、時間(t)に対する角度(θ)の変化速度です:ω=dθ/dt。
* Centripetal Acceleration(a c ): この加速は、円の中心に向けられており、粒子を円形の経路で動かし続ける責任があります。
加速度を導き出します
1。位置ベクトル: 粒子が位置 r にあるとしましょう 円の中心に対して。この位置ベクトルは、時間の関数です: r(t) 。
2。速度ベクトル: 速度ベクトルは、位置ベクトルの時間導関数です: v(t)=dr(t)/dt 。 粒子は円に移動しているため、その速度は常に円に接しています。
3。加速ベクトル: 加速ベクトルは、速度ベクトルの時間導関数です: a(t)=dv(t)/dt 。 加速度を見つけるには、速度ベクトルを区別する必要があります。
4。極座標の使用: 粒子の位置を記述するために極座標(r、θ)を使用すると便利です。 このシステムで:
* r 円の中心からの放射状距離です。
* θ ベクトルが参照軸で作る位置の角度です。
5。極座標の速度の発現:
* v =(dr/dt) * r̂ +(r *dθ/dt) * θ̂
* r̂は、放射状方向のユニットベクトルです。
* θ̂は、接線方向の単位ベクトルです。
6。極座標での加速度の発現:
* a =[(d²r/dt²) - (r *(dθ/dt)²)] * r̂ + [(r *d²θ/dt²) + 2 *(dr/dt) *(dθ/dt)] * θ̂
7。均一な円の動きのための単純化:
*均一な円の動きの場合、半径(r)は一定であるため、dr/dt =0およびd²r/dt²=0です。
*また、角速度(ω)は一定であるため、d²θ/dt²=0です。
8。最終結果:
* a =- (r *ω²) * r̂
解釈:
* 方向: 加速度は負の放射状方向にあります(円の中心に向かって)。
* 大きさ: 加速度の大きさはa c です =r *ω²。これは中心脂肪加速です。
したがって、均一な円運動を受ける粒子の加速度は、 - (r *ω²) * r̂によって与えられます。ここで、rは円の半径、ωは角速度です。