匀速圆周运动

匀速圆周运动

物理现象
质点沿圆周运动,如果在任意相等的时间里通过的圆弧长度都相等,这种运动就叫做“匀速圆周运动”。匀速圆周运动是圆周运动中,最常见和最简单的运动(因为速度是矢量,所以匀速圆周运动实际上是指匀速率圆周运动) 。其物理意义:描述通过弧长的快慢。[1]
    中文名:匀速圆周运动 外文名:uniform circular motion 适用领域: 所属学科:物理 别名:匀速率圆周运动 类别:最基本的圆周运动 属性:物理现象

现象定义

质点沿圆周运动,如果在任意相等的时间里通过的圆弧长度都相等,这种运动就叫做“匀速圆周运动”,亦称“匀速率圆周运动”。因为物体作圆周运动时速率不变,但速度方向随时发生变化。所以匀速圆周运动的线速度是每时每刻都在发生变化的。

运动条件

做匀速圆周运动的充要条件是:

具有初速度(初速度不为零)

始终受到大小不变,方向垂直于速度方向,且在速度方向同一侧的合外力。

公式解析

计算公式

1、v(线速度)=ΔS/Δt=2πr/T=ωr=2πrn (S代表弧长,t代表时间,r代表半径,n代表转速)

2、ω(角速度)=Δθ/Δt=2π/T=2πn (θ表示角度或者弧度)

3、T(周期)=2πr/v=2π/ω=1/n

4、n(转速)=1/T=v/2πr=ω/2π

5、Fn(向心力)=mrω^2=mv^2/r=mr4π^2/T^2=mr4π^2n^2

6、an(向心加速度)=rω^2=v^2/r=r4π^2/T^2=r4π^2n^2

7、vmin=√gr (过最高点时的条件)

8、fmin (过最高点时的对杆的压力)=mg- (有杆支撑)

9、fmax (过最低点时的对杆的拉力)=mg+ (有杆)

向心力公式的推导

用实验验证向心力公式 测定匀速圆周运动向心力的实验仪器种类非常多,它们不仅能定性验证,而且也

能定量测定,验证的基本步骤是:

首先,在确定转速、圆周半径都恒定的前提下,验证向心力与质量是不是正比关系。用来作对比实验的两物体要经过严格配重,并且用天平测量出两球的质量一个是另一个的一半,实验显示:测力计所示的向心力随着作圆周运动物体质量的加倍而加倍,这就证明了向心力与物体质量的正比关系。其次,在保持质量、运动半径都恒定的情况下。由于角速度与转速是正比关系,所以我们只需要验证向心力与转速的平方是不是正比关系。实验时,转速增加到 2倍,从测力计上可以看出,在允许的误差范围内,向心力增加到 4 倍。验证了向心力跟角速度的平方成正比。最后,在保持质量、角速度(或转速)都不变的前提下,验证物体进行圆周运动时的向心力与圆周的半径是不是正比关系。实验时,使运动半径增加到 2 倍,转动后,从测力计上可以看出向心力也增加到 2 倍。说明向心力与半径成正比。

物理介绍

描述匀速圆周运动快慢的物理量 [4]  :

线速度 v

①意义:描述质点沿圆弧运动的快慢的物理量,线速度越大,质点沿圆弧运动越快。

②定义:线速度的大小等于质点通过的弧长s与所用时间t的比值。

③单位:m/s。

④矢量:方向在圆周各点的切线方向上。

⑤就是物体做匀速圆周运动的瞬时速度。

⑥质点做匀速圆周运动时,线速度大小不变,但方向时刻在改变,故其线速度不是

恒矢量。

⑦边缘相连接的物体,线速度相同。

角速度 ω

① 定义:连接质点和圆心的半径(动半径)转过的角度跟所用时间的比值,叫做匀速圆周运动的角速度。

②单位:rad/s(弧度每秒)。

③矢量(中学阶段不讨论,用<安培右手定则>可判断方向,例如:当其在水平面上顺时针转动时角速度方向竖直向下)。

④质点做匀速圆周运动时,角速度ω恒定不变。

⑤同一物体上任意两点,除旋转中心外,角速度相同。

周期 T

①定义:做匀速圆周运动的物体运动一周所用的时间叫做周期。

②单位:s(秒)。

③标量:只有大小,没有方向。

④意义:定量描述匀速圆周运动的快慢。半径相等时,周期长说明运动得慢,周期短说明运动得快。

⑤质点做匀速圆周运动时,周期恒定不变。

频率 f

①定义:周期的倒数(每秒内完成周期性运动的次数)叫频率。

②单位:Hz(赫)。

③标量:只有大小,没有方向。

④意义:定量描述匀速圆周运动的快慢,频率高说明运动得快,频率低说明运动得慢。

⑤质点做匀速圆周运动时,频率恒定不变。

转速 n

①定义:做匀速圆周运动的质点每秒转过的圈数。

②单位:在国际单位制中为r/s(转每秒);常用单位为r/min(转每分)。1 r/s=60 r/min。

(注:r=round 英:圈)

③标量:只有大小,没有方向。

④意义:实际中定量描述匀速圆周运动的快慢,转速高说明运动得快,转速低说明运动得慢。

⑤质点作匀速圆周运动时,转速恒定不变。

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