物理学を理解する
垂直の円でバケツの水を振ると、水は2つの力を経験します。
* 重力: 水を下に引っ張ります。
* 中心力: 水を円形の経路で動かし続ける力。
こぼれを防ぐために、中心部の力は、円の上部の重力以上 *等しくなければなりません。
方程式のセットアップ
* 中心力(FC): fc =m * v^2 / r、ここで:
* mは水の質量です
* vは水の線形速度です
* rは円の半径(学生の腕の長さ)です
* 重力(FG): fg =m * g、ここで:
* gは重力による加速です(約9.8 m/s^2)
角速度の解決
1。等しい力: 円の上部では、こぼれを防ぐためにFC =FG。
m * v^2 / r =m * g
2。質量のキャンセル: 水の質量がキャンセルされます:
v^2 / r =g
3。角速度から角速度への線形速度: 線形速度(v)を角速度(ω)に関連付ける必要があります。 関係は次のとおりです。V=r *ω
4。ω:の代替と解決
(r *ω)^2 / r =g
r *ω^2 =g
ω^2 =g / r
ω=√(g / r)
結果の計算
* 腕の長さをメートルに変換: 63 cm =0.63 m
* プラグイン値: ω=√(9.8 m/s^2/0.63 m)≈3.95rad/s
回答: こぼれを防ぐために必要な最小角速度は、約 3.95 rad/s です 。