Comment accélération centripète conserve un objet se déplaçant dans un cercle constant

En physique, quand un objet se déplace en mouvement circulaire uniforme, sa vitesse est constante, ce qui signifie que l'ampleur de la vitesse de l'objet ne change pas. Par conséquent, l'accélération peut avoir aucune composante dans la même direction que la vélocité si elle le faisait, la grandeur de la vitesse changerait.

Velocity change constamment direction, mais pas l'ampleur, quand un objet est en mouvement circulaire.
Velocity change constamment direction, mais pas l'ampleur, quand un objet est en mouvement circulaire.

Cependant, comme le montre cette figure, la direction de la vitesse est en constante évolution - elle se plie toujours de telle sorte que l'objet maintient mouvement dans un cercle constant. Pour que cela se produise, accélération centripète de l'objet est toujours dirigée vers le centre du cercle, perpendiculaire à la vitesse de l'objet à tout moment. L'accélération change la direction de la vitesse de l'objet tout en maintenant la grandeur de la constante de vitesse.

Une balle de golf sur une chaîne voyager avec vitesse constante.
Une balle de golf sur une chaîne voyager avec vitesse constante.

Dans l'exemple illustré ici, la chaîne exerce une force sur le ballon pour le maintenir dans un cercle - une force qui fournit accélération centripète de la balle. Afin de fournir cette force, vous devez tirer constamment sur la balle vers le centre du cercle. (Image à quoi cela ressemble, la force-sage, pour fouetter un objet autour d'une chaîne.) Vous pouvez voir le vecteur d'accélération centripète, unc, dans la figure.

Si vous accélérez la balle vers le centre du cercle pour fournir l'accélération centripète, pourquoi ne pas frapper votre main? La réponse est que la balle est déjà en mouvement à une vitesse élevée. La force, et donc l'accélération, que vous fournissez agit toujours perpendiculairement à la vitesse.

Vous avez toujours pour accélérer un objet vers le centre du cercle de la faire avancer dans un mouvement circulaire. Alors pouvez-vous trouver la grandeur de l'accélération vous créez? Aucun doute. Si un objet se déplace en mouvement circulaire uniforme à la vitesse v et le rayon r, vous pouvez trouver l'ampleur de l'accélération centripète avec l'équation suivante:

image2.jpg

Pour un exemple pratique, imaginez que vous êtes au volant dans les virages à haute vitesse. Pour toute vitesse constante, vous pouvez voir à partir de l'équation que l'accélération centripète est inversement proportionnelle au rayon de la courbe. En d'autres termes, sur les courbes plus serrées (comme le rayon diminue), il doit y avoir une plus grande accélération centripète (fourni par le frottement entre les pneus et la route).


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