Fuerza centrípeta y aceleración centrípeta
Cuando un objeto se mueve en un círculo, la fuerza externa que apunta a lo largo del radio hacia el centro del círculo (o la componente de la fuerza externa que apunta a lo largo del radio hacia el centro del círculo) se llama Fuerza centrípeta, también conocida como fuerza normal.
Fórmula de la fuerza centrípeta: F=mrω^2
=mv^2/r
=mvω
=4π^2mr/ T^2
=4π^2mrf^2
1. El movimiento circular uniforme es un movimiento curvo no uniforme (o llamado movimiento de aceleración vacía)
Circular uniforme. movimiento Si la dirección de la velocidad cambia todo el tiempo, debe haber aceleración. Desde una perspectiva cinemática, se puede demostrar que la aceleración de un objeto en movimiento circular uniforme es a=v^2/r=ω^2r, y la dirección siempre apunta al centro del círculo. Por lo tanto, la aceleración es uniforme. El movimiento circular se llama aceleración centrípeta. La aceleración centrípeta sólo cambia la dirección de la velocidad, no su magnitud.
Aunque la velocidad y la aceleración del movimiento circular uniforme permanecen sin cambios en magnitud, sus direcciones cambian todo el tiempo. Por lo tanto, el movimiento circular uniforme es un movimiento de velocidad variable y es un movimiento no uniforme de velocidad variable.
2. Comprensión de la fuerza centrípeta
(1) La fuerza centrípeta recibe su nombre del efecto de la fuerza. Debido a que produce aceleración hacia el centro del círculo, se llama fuerza centrípeta. No es algún tipo de fuerza con propiedades definidas. En cambio, cualquier fuerza de cualquier naturaleza puede actuar como fuerza centrípeta. De hecho, puede ser una fuerza de cierta naturaleza, o un componente de una determinada fuerza, o puede ser la fuerza externa combinada de varias fuerzas de diferentes naturalezas que apuntan hacia el centro del círculo a lo largo del radio.
(2) ¿Por qué la fuerza centrípeta no tira del objeto hacia el centro del círculo?
La dirección de la velocidad de un objeto en movimiento circular debe cambiar todo el tiempo. Para cambiar la dirección de la velocidad del objeto, se requiere una cierta cantidad de fuerza. Suponiendo que no hay fuerza sobre el objeto, ¿no volaría en dirección tangencial bajo la acción de la inercia? Cuando un objeto hace un movimiento circular, la magnitud de la fuerza centrípeta es exactamente igual a la fuerza requerida, por lo que no le queda "fuerza restante" para tirar del objeto hacia el centro del círculo. De hecho, si la fuerza centrípeta es mayor que la requerida para el movimiento circular, efectivamente empujará el objeto hacia el centro del círculo.
3． Movimiento circular uniforme y movimiento circular no uniforme
El movimiento circular se puede dividir en dos categorías: movimiento circular uniforme y movimiento circular no uniforme según si cambia la velocidad.
Para un objeto en movimiento circular uniforme, la velocidad permanece sin cambios, pero la dirección cambia. Por lo tanto, la aceleración siempre apunta al centro del círculo, y su magnitud también permanece sin cambios; apunta al centro del círculo y su magnitud permanece sin cambios.
Para un objeto en movimiento circular no uniforme, la dirección y la magnitud de la velocidad cambian además de la aceleración que apunta al centro del círculo, también tiene aceleración a lo largo de la dirección tangencial. la aceleración total no apunta al centro del círculo, y la fuerza externa resultante que recibe tampoco apunta al centro del círculo. La aceleración centrípeta del objeto a=v^2/r cambia con el valor de v, y la fuerza centrípeta a cambia con el valor de F=ma. Por ejemplo, una bola pequeña se mueve a lo largo de una órbita circular suave en un plano vertical, como se muestra en la figura. Cuando la bola pasa por el punto A de arriba a abajo, dos fuerzas actúan sobre ella. La dirección de la gravedad G es la misma. como Va, lo que hace que cambie la velocidad de la bola pequeña, la fuerza elástica orbital N es perpendicular a Va y apunta al centro del círculo, lo que hace que la dirección de la velocidad de la bola cambie, es decir, proporciona la fuerza centrípeta para la bola. bola se mueva en un movimiento circular La fuerza resultante F forma un ángulo con Va y no apunta al centro del círculo.
4. En el movimiento circular uniforme, la fuerza externa neta no cambia la velocidad lineal, y la fuerza centrípeta es la fuerza externa neta sobre el objeto; en el movimiento circular de velocidad variable, la fuerza externa neta sobre el objeto; Por un lado cambia la velocidad lineal. Por otro lado, es necesario cambiar la dirección de la velocidad lineal, por lo que la fuerza centrípeta no es necesariamente igual a la fuerza externa neta sobre el objeto, y dado que la velocidad lineal de la velocidad variable El movimiento circular no es constante, la fuerza centrípeta en el movimiento circular de velocidad variable no es constante. Según la segunda ley de Newton, la aceleración producida por la fuerza centrípeta es aceleración centrípeta.
Dirección: Apuntando al centro del círculo. Puede entenderse como la componente de la aceleración de un objeto en movimiento circular en dirección al centro del círculo.
Fórmula: a=rω^2=v^2/r=4π^2r/T^2
Todos los objetos que se mueven en una curva tienen aceleración centrípeta, la aceleración centrípeta refleja la velocidad de cambio en la dirección de la velocidad.
La aceleración centrípeta también se llama aceleración normal, es decir, la aceleración que apunta en la dirección normal de la curva.
Cuando la velocidad de un objeto también cambia, también se produce una aceleración a lo largo de la dirección tangencial de la trayectoria, lo que se llama aceleración tangencial.
La velocidad de la aceleración centrípeta es siempre perpendicular a la dirección de la velocidad.