-
Движение материальной точки по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение. Равномерное и равноускоренное вращательные движения. Связь между линейными и угловыми величинами.
В физике кругово́е движе́ние — это вращение по кругу, т. е. это круговой путь по круговой орбите. Оно может быть равномерным (с постоянной угловой скоростью) или неравномерным (с переменной угловой скоростью). Вращение трёхмерного тела вокруг неподвижной оси включает в себя круговое движение каждой его части. Мы можем говорить о круговом движении объекта только если можем пренебречь его размерами, так что мы имеем движение массивной точки на плоскости. Например, центр масс тела может совершать круговое движение.
Круговое движение является ускоренным, даже если происходит с постоянной угловой скоростью, потому что вектор скорости объекта постоянно меняет направление. Такое изменение направления скорости вызывает ускорение движущегося объекта центростремительной силой, которая толкает движущийся объект по направлению к центру круговой орбиты. Без этого ускорения объект будет двигаться прямолинейно в соответствии с законами Ньютона.
Для движения по кругу радиуса R длина окружности будет C = 2π R. Если период вращения есть T, то
угловая
скорость вращения ω будет равна:
Скорость
движения объекта равна
Угол
поворота θ за время t равен:
Ускорение,
вызванное изменением направления
скорости, можно найти, если заметить,
что скорость совершает полное изменение
направление за то же самое время T, за
которое объект делает один оборот. Тогда
вектор скорости проходит путь длиной
2π v каждые T секунд, или:
и направлено радиально к центру.
Углово́е ускоре́ние — псевдовекторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения угловой скорости твёрдого тела.
Существует связь между тангенциальным и угловым ускорениями: aτ = αR, где R — радиус кривизны траектории точки в данный момент времени. Итак, угловое ускорение равно второй производной от угла поворота по времени или первой производной от угловой скорости по времени. Угловое ускорение измеряется в рад/сек2 .
Углова́я
ско́рость — векторная величина,
характеризующая скорость вращения
тела. Вектор угловой скорости по величине
равен углу поворота тела в единицу
времени:
а направлен по оси вращения согласно
правилу буравчика, то есть, в ту сторону,
в которую ввинчивался бы буравчик с
правой резьбой, если бы вращался в ту
же сторону.
Единица измерения угловой скорости, принятая в системах СИ и СГС) — радианы в секунду. (Примечание: радиан, как и любые единицы измерения угла, — физически безразмерен, поэтому физическая размерность угловой скорости — просто [1/секунда]). В технике также используются обороты в секунду, намного реже — градусы в секунду, грады в секунду. Пожалуй, чаще всего в технике используют обороты в минуту — это идёт с тех времён, когда частоту вращения тихоходных паровых машин определяли, просто «вручную» подсчитывая число оборотов за единицу времени.
При равномерном движении точки по окружности её траекторией является дуга. Точка движется с постоянной угловой скоростью , а зависимость угла поворота точки от времени является линейной: φ = φ0 + ωt, где — ф0 начальное значение угла поворота. Эта же формула определяет угол поворота абсолютно твёрдого тела при его равномерном вращении вокруг неподвижной оси, то есть при вращении с постоянной угловой скоростью . Важной характеристикой данного типа движения является линейная скорость материальной точки Нужно помнить, что равномерное движение по окружности - движение равноускоренное. Хотя модуль линейной скорости и не меняется, но меняется направление вектора линейной скорости (из-за нормального ускорения) .