的角加速度是影响角速度考虑到时间单元的变化。它由希腊字母alpha表示。角加速度是矢量。因此,它由模块,方向和意义组成。
在国际系统中,角加速度的度量单位是每秒弧度平方。以这种方式,角加速度使得可以确定角速度如何随时间变化。通常研究与匀速圆周运动相关的角加速度。
角加速度应用于摩天轮
这样,在均匀加速的圆周运动中,角加速度的值是恒定的。相反,在匀速圆周运动中,角加速度的值为零。角加速度在圆周运动中等同于直线运动中的切向或线性加速度。
实际上,其值与切向加速度的值成正比。因此,自行车车轮的角加速度越大,则其经历的加速度越大。
因此,只要车轮的旋转速度存在变化,则在自行车的车轮和任何其他车辆的车轮中都存在角加速度。
同样,摩天轮也存在角加速度,因为它在开始运动时会经历均匀加速的圆周运动。当然,在旋转木马上也可以找到角加速度。
如何计算角加速度?
通常,瞬时角加速度由以下表达式定义:
α=dω/ dt
在该公式中,ω是角速度矢量,t是时间。
平均角加速度也可以根据以下表达式计算:
α=Δω/Δt
对于平面运动的特定情况,碰巧角速度和角加速度都是方向垂直于运动平面的矢量。
另一方面,可以通过以下表达式根据线性加速度来计算角加速度的模量:
α= a / R
在这个公式中,a是切向或线性加速度;R是圆周运动的回转半径。
匀速圆周运动
如上所述,角加速度存在于均匀加速的圆周运动中。出于这个原因,了解控制这一运动的方程很有趣:
ω=ω 0 +α∙吨
θ=θ 0 +ω 0 ∙吨+ 0.5∙α∙吨2
ω 2 =ω 0 2 + 2∙α∙(θ - θ 0)
在这些表达式中θ为在圆周运动行进的角度,θ 0是初始角度,ω 0是初始角速度,ω是角速度。
扭矩和角加速度
在直线运动的情况下,根据牛顿第二定律,身体需要一定的力才能获得一定的加速度。该力是身体质量与其经历的加速度相乘的结果。
但是,在圆周运动的情况下,施加角加速度所需的力称为转矩。最终,扭矩可以理解为角力。它由希腊字母τ(发音为“ tau”)表示。
类似地,必须考虑到,在旋转运动中,物体的惯性矩I在线性运动中起质量的作用。这样,通过以下表达式计算出圆周运动的转矩:
τ= Iα
在此表达式中,I是物体相对于旋转轴的惯性矩。
例子
第一个例子
给定其在旋转中的位置Θ(t)= 4 t 3 i 的表达式,确定旋转运动的物体的瞬时角加速度。(在x轴方向上成为i的单位向量)。
同样,在运动开始后10秒钟确定瞬时角加速度的值。
解
从位置的表达式可以得到角速度的表达式:
ω(t)= dΘ/ dt = 12 t 2 i(弧度/ s)
一旦已经计算出瞬时角速度,就可以将瞬时角加速度计算为时间的函数。
α(t)=dω/ dt = 24 ti(rad / s 2)
要计算10秒钟后的瞬时角加速度值,只需将时间值替换为先前的结果即可。
α(10)= = 240 i(弧度/ s 2)
第二个例子
确定已知物体的初始角速度为40 rad / s,并在20秒后达到120 rad / s的角速度,从而确定进行圆周运动的物体的平均角加速度。
解
根据以下表达式,可以计算出平均角加速度:
α=Δω/Δt
α=(ω ˚F - ω 0)/(吨˚F -吨0)=(120 - 40)/ 20 = 4弧度/秒
第三个例子
开始以均匀加速的圆周运动运动直至10分钟后达到每分钟3转的角速度的摩天轮的角加速度是多少?在这段时间内圆周运动的切向加速度是多少?摩天轮的半径为20米。
解
首先,您需要将角速度从每分钟转数转换为每秒弧度。为此,执行以下转换:
ω ˚F = 3的转速= 3∙(2∙Π)/ 60 =Π/ 10弧度/秒
一旦执行了此转换,就可以计算角加速度,因为:
ω=ω 0 +α∙吨
∏ / 10 = 0 +α∙10
α= ∏ / 100 rad / s 2
切向加速度是由以下表达式得出的:
α= a / R
a =α∙R = 20∙∏ / 100 = ∏ / 5 m / s 2
参考文献
- Resnik,Halliday&Krane(2002)。物理卷1。塞萨
- 托马斯·华莱士·赖特(Thomas Wallace Wright)(1896)。力学要素,包括运动学,动力学和静力学。E和FN Spon。
- PP Teodorescu(2007年)。运动学。机械系统,经典模型:粒子力学。施普林格。
- 刚体的运动学。(nd)。在维基百科。于2018年4月30日从es.wikipedia.org检索。
- 角加速度。(nd)。在维基百科。于2018年4月30日从es.wikipedia.org检索。
- Resnick,Robert和Halliday,David(2004)。物理4。墨西哥CECSA
- Serway,RaymondA。Jewett,John W.(2004)。科学家和工程师物理学(第6版)。布鲁克斯/科尔。