本文解释了物理学中的切向力是什么。因此,您将了解切向力的含义、如何计算切向力以及已解决的练习。
什么是切向力?
切向力是作用在物体上的力,描述非匀速圆周运动。具体来说,切向力与物体的圆形路径相切,是导致物体改变其速度大小的力。
因此,切向力是改变描述圆形路径的物体的切向速度的力。
例如,如果运动体做圆周运动,并且作用在其上的切向力为正,则运动体的切向速度将增大,这意味着运动体旋转得越来越快。
正如您在上图中看到的,切向力 (F t ) 与执行圆周运动的物体的路径相切。相反,向心力 (F c ) 垂直于切向力并指向圆形路径的中心。下面我们就来看看切向力和向心力有什么区别。
请记住,MCU 中的切向力为零,因为这些情况下的角速度是恒定的,因此切向速度不会改变其值。
切向力公式
切向力等于移动体的质量乘以切向加速度。切向力也可以通过将物体的质量乘以角加速度再乘以圆形路径的半径来计算。
因此,切向力的公式如下:
金子:
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是切向力。
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是描述圆周运动的运动物体的质量。
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是切向加速度(或线性加速度)。
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是切向速度(或线速度)的变化。
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是时间变化。
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是角加速度。
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是圆周运动路径的半径。
切向力的值必须解释如下:
- F t >0 :如果切向力为正,则意味着移动体的速度大小随时间增加。因此,移动体描述了具有正角加速度的圆周运动。
- F t <0 :如果切向力为负,则意味着移动体的速度幅度随时间减小。因此,移动体描述了具有负角加速度的圆周运动。
- F t =0 :如果切向力等于0,则意味着移动体的速度大小是恒定的。因此,移动设备描述的是匀速圆周运动(MCU)。
切向力计算示例
一旦我们了解了切向力的定义及其公式是什么,我们就会看到如何计算此类力的已解决示例。
- 质量为 m=7 kg 的运动物体描述为匀加速圆周运动。在时间 t i = 2 s 时,其切向速度为 5 m/s,在时间 t f = 6 s 时,其切向速度为 11 m/s。作用在移动体上的切向力是多少?
要找到切向力,我们必须应用上一节中的公式:
在这种情况下,问题已经为我们提供了所有必要的数据,因此我们将这些值代入公式并计算切向力:
综上所述,切向力会导致运动体的速度匀速增加,因此运动体将进行匀加速圆周运动(MCUA)。
切向力和向心力
最后,我们将了解切向力和向心力之间的区别,因为这是圆周运动中出现的两种力。
向心力是使物体在圆周运动中改变方向的力。向心力是一种径向力,出现在圆周运动中并指向圆形路径的中心。
因此,切向力和向心力之间的区别在于,切向力改变了描述圆周运动的移动体的速度模数,另一方面,向心力改变了移动体的速度方向。
此外,向心力出现在任何类型的圆周运动中,因为它是导致移动体执行圆形轨迹的力。然而,当匀速圆周运动时,切向力为零,因为运动物体的速度是恒定的。