Ce vei înțelege
- Deosebești modulul vitezei de direcția ei.
- Calculezi accelerația centripetă și explici dependența de viteză.
Înainte să începi: Citirea atentă a datelor și operații aritmetice de bază.
Mișcarea circulară uniformă are modulul vitezei constant, dar direcția vitezei se schimbă continuu. De aceea există accelerație, orientată către centrul cercului și numită accelerație centripetă.
Explicația pas cu pas
Imaginează-ți o mașinuță care parcurge o pistă circulară în același ritm. În fiecare punct ea înaintează pe direcția tangentei la cerc. După un sfert de tură, direcția deplasării este alta. Viteza este o mărime vectorială: nu este suficient ca numărul de metri parcurși într-o secundă să rămână constant pentru ca vectorul viteză să rămână neschimbat.
Pentru raza r și modulul vitezei v, accelerația centripetă are modulul a = v²/r. Ea este perpendiculară pe viteza instantanee. În această situație schimbă direcția, fără să schimbe modulul vitezei. Forța rezultantă orientată radial este m × a. Cuvântul centripetă descrie rolul și direcția rezultantei; nu introduce o nouă interacțiune. Pe o pistă, frecarea sau contactul cu ghidajul poate furniza forța necesară. Într-o orbită, acest rol îl poate avea gravitația.
Exemplu și verificare
O mașinuță parcurge un cerc de rază 0,50 m cu viteza de 1,0 m/s. Accelerația este 1,0²/0,50 = 2,0 m/s². Dacă viteza crește la 2,0 m/s pe aceeași pistă, accelerația devine 4,0/0,50 = 8,0 m/s²: de patru ori mai mare. Raza neschimbată este condiția care permite această comparație.
Pentru masa de 0,20 kg, prima situație cere o rezultantă radială de 0,40 N. O verificare a direcțiilor arată o săgeată tangentă pentru viteză și una către centru pentru accelerație. Dacă ghidajul dispare, mașinuța nu continuă automat să curbeze traiectoria; direcția inițială a mișcării libere este tangenta, în modelul fără alte forțe orizontale.
Confuzia de evitat
Uniform nu înseamnă fără accelerație în orice mișcare. Înseamnă aici modul al vitezei constant. De asemenea, nu adăuga o forță centripetă peste forța reală care produce deja curbarea: ai număra de două ori aceeași rezultantă.
Întrebări frecvente
Unde este orientată viteza pe cerc?
Pe tangenta la cerc în punctul ocupat de corp. Ea este perpendiculară pe raza trasată de la centru către corp.
Ce se întâmplă dacă dublez raza la aceeași viteză?
Accelerația centripetă se înjumătățește, deoarece raza apare la numitor. Comparația este valabilă numai dacă modulul vitezei rămâne același.
Este posibilă o mișcare circulară fără forță rezultantă?
Nu în raport cu un reper inerțial. Curbarea continuă a traiectoriei cere schimbarea direcției vitezei și, prin urmare, o rezultantă orientată către centru.
Continuă studiul în biblioteca de lecții sau explorează alte curiozități științifice.
