的线速度被定义为这始终是相切的路径,随后通过粒子,无论的形状是这样的。如果粒子始终沿直线路径移动,则在想象速度矢量如何遵循此直线时没有问题。
然而,通常,运动是在任意形状的曲线上进行的。可以对曲线的每个部分进行建模,就好像它是半径为a的圆的一部分一样,该圆在每个点都与所走的路径相切。
图1.移动装置中的线速度,描述了一条曲线路径。资料来源:自制。
在这种情况下,线速度与曲线相切且始终在曲线的每个点处。
数学上,瞬时线速度是位置相对于时间的导数。令r为在时刻t的粒子的位置矢量,则线速度由以下表达式给出:
v = r '(t)= d r / dt
这意味着线速度或切向速度(通常也被称为)只是位置随时间的变化而已。
圆周运动中的线速度
当运动沿圆周运动时,我们可以在每个点旁边靠近粒子,看看在两个非常特殊的方向上发生了什么:其中一个是始终指向中心的方向。这是径向方向。
另一个重要方向是在圆周上通过的方向,这是切线方向并且线速度始终具有该方向。
图2.匀速圆周运动:速度矢量随粒子旋转而改变方向和方向,但其大小相同。来源:原始用户:Brews_ohare,SVG用户:Sjlegg。
在匀速圆周运动的情况下,重要的是要认识到速度不是恒定的,因为矢量随着粒子旋转而改变其方向,而是其模量(矢量的大小)即速度,是的,它保持不变。
对于此运动,位置随时间的变化由s(t)给出,其中s是行进的弧线,t是时间。在这种情况下,瞬时速度由表达式v = ds / dt给出,并且是恒定的。
如果速度的大小也有所变化(我们已经知道方向始终不变,否则移动装置将无法旋转),那么我们将面临变化的圆周运动,在此期间,移动装置除了转动之外,还可以制动或加速。
线速度,角速度和向心加速度
粒子的运动也可以从后掠角的角度看,而不是从弧线传播。在这种情况下,我们说的是角速度。对于围绕半径为R的圆的运动,圆弧(以弧度为单位)与角度之间存在以下关系:
关于双方时间的推导:
将关于t的θ导数称为角速度,并用希腊字母ω“ omega”表示,我们具有以下关系:
向心加速度
所有圆周运动都具有向心加速度,该加速度始终指向圆周的中心。她确保速度随着粒子旋转而随粒子移动而变化。
向c或向R的向心加速度始终指向中心(请参见图2),并以这种方式与线速度相关:
a c = v 2 / R
且角速度为:
对于匀速圆周运动,位置s(t)的形式为:
此外,变化的圆周运动必须具有一个称为T处的切向加速度的加速度分量,该分量负责改变线速度的大小。如果T为常数,则位置为:
以v o为初始速度。
图3.非均匀圆周运动。资料来源:Nonuniform_circular_motion.PNG:Brews ohare衍生作品:Jonas De Kooning。
解决线速度问题
解决的练习有助于阐明上述概念和方程式的正确使用。
-解决的练习1
昆虫在半径R = 2 m的半圆上运动,从静止的点A开始,同时以pm / s 2的速度增加线速度。发现:a)到达点B多长时间后,b)在该瞬间的线速度矢量,c)在该瞬间的加速度矢量。
图4.昆虫从A开始并以半圆路径到达B。它具有线性速度。资料来源:自制。
解
a)该陈述表明切向加速度是恒定的并且等于πm / s 2,那么对于均匀变化的运动使用方程是有效的:
与S ø = 0和v ø = 0:
b)中V(吨)= V 或 +到Ť。t =2π米/秒
当在点B时,线速度矢量指向垂直方向,向下(-y)方向:
v(t)=2πm / s(-y)
c)我们已经有切向加速度,向心加速度缺少速度矢量a:
一个 =一个Ç( - X)+一个Ť( - Ý)=2π 2( - X)+π( - Ý)米/秒2
-解决运动2
粒子旋转半径为2.90 m的圆。在特定的瞬间,其加速度沿其运动方向形成32º的方向为1.05 m / s 2。在以下条件下找到其线速度:a)此刻,b)2秒后,假设切向加速度恒定。
解
a)运动方向恰好是切线方向:
在T = 1.05 m / s 2时。cos32º= 0.89 m / s 2;一个ç = 1.05米/秒2。正弦32º= 0.56 m / s 2
从c = v 2 / R 求解速度为:
b)以下公式对于匀速运动有效:v = v o + a T t = 1.27 + 0.89.2 2 m / s = 4.83 m / s
参考文献
- Bauer,W.2011。《工程与科学物理学》。第1卷。麦格劳·希尔(Mc Graw Hill)。84-88。
- Figueroa,D。科学和工程物理丛书。第三卷。版。运动学。199-232。
- Giancoli,D.,2006年。《物理:应用原理》。6 日..埃德Prentice Hall出版。62-64。
- 相对运动。从以下位置恢复:courses.lumenlearning.com
- 威尔逊,J.,2011年。《物理学》。10.皮尔逊教育。166-168。