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粒子の加速度を見つけるためのベクター方法-wwrは角速速度w?

ベクトル法を使用して円運動を受ける粒子の加速を見つけることについて尋ねています。これがそれを行う方法です:

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。

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