▷ Центростремительное ускорение (или нормальное ускорение)

В этой статье объясняется, что такое центростремительное ускорение (или нормальное ускорение) в физике. Кроме того, вы узнаете, как рассчитать центростремительное ускорение, а также решите упражнение, чтобы лучше понять эту концепцию.

Что такое центростремительное ускорение (или нормальное ускорение)?

Центростремительное ускорение , также называемое нормальным ускорением или радиальным ускорением , — это ускорение, вызывающее изменение направления скорости тела, описывающего круговое движение. Центростремительное ускорение перпендикулярно скорости движущегося тела и направлено к центру кругового движения.

Следовательно, центростремительное ускорение — это векторная составляющая ускорения движущегося тела, вызывающая круговое движение. Потому что, если бы тело не обладало центростремительным ускорением, оно продолжало бы двигаться прямолинейно и, следовательно, не вращалось бы.

В общем, центростремительное ускорение обозначается символом _ac , хотя можно также использовать символ _an (для нормального ускорения) или _at (для радиального ускорения).

Тангенциальное ускорение ( _at ) и центростремительное ускорение ( _ac ) являются двумя векторными компонентами ускорения мобильного телефона, которое описывает неоднородное круговое движение. Тангенциальное ускорение направлено по касательной к траектории кругового движения, а центростремительное ускорение направлено к центру кругового движения. Ниже мы подробно увидим, в чем разница между тангенциальным ускорением и центростремительным ускорением.

Короче говоря, если тело описывает круговое движение, то это означает, что оно обладает центростремительным ускорением, поскольку именно та составляющая ускорения, которая меняет направление скорости и, следовательно, является причиной тела, описывающего криволинейное движение.

Формула центростремительного ускорения

При равномерном круговом движении центростремительное ускорение (или нормальное ускорение) равно квадрату тангенциальной скорости, деленному на радиус траектории. Центростремительное ускорение также можно рассчитать, умножив квадрат угловой скорости на радиус траектории.

Следовательно, формула для расчета центростремительного ускорения (или нормального ускорения) :

формула центростремительного ускорения, нормального ускорения или радиального ускорения

Золото:

$a_c$

– центростремительное ускорение (или нормальное ускорение).
$v$

это тангенциальная скорость .
$r$

– радиус траектории кругового движения.
$\omega$

это угловая скорость .

Центростремительное ускорение (или нормальное ускорение) выражается в единицах длины, разделенных на единицы времени, возведенные в квадрат. Поэтому единицей центростремительного ускорения в Международной системе (СИ) является метр, деленный на секунду в квадрате (м/с ² ).

Пример расчета центростремительного ускорения

Теперь, когда мы знаем определение центростремительного ускорения и его формулу, давайте посмотрим на конкретный пример того, как рассчитывается этот тип ускорения.

Мобиль описывает равномерное круговое движение с угловой скоростью 2 рад/с и радиусом кривизны 6 м. Каково центростремительное ускорение мобильного телефона?

Чтобы найти центростремительное ускорение, нам нужно использовать формулу, описанную в разделе выше:

$a_c=\omega^2 \cdot r$

Итак, подставляем данные в формулу и вычисляем центростремительное ускорение:

$a_c=2^2 \cdot 6=24\ \cfrac{m}{s^2}$

центростремительное ускорение и тангенциальное ускорение

В этом разделе мы увидим разницу между центростремительным ускорением и тангенциальным ускорением, поскольку они являются двумя внутренними компонентами ускорения тела, совершающего круговое движение.

Тангенциальное ускорение — это ускорение, касательное траектории кругового движения, которое является причиной изменения тангенциальной скорости тела, совершающего круговое движение.

Разница между центростремительным ускорением и тангенциальным ускорением заключается в том, что центростремительное ускорение изменяет направление скорости движущегося тела, описывающего круговое движение, а тангенциальное ускорение изменяет величину скорости движения. .

Кроме того, тангенциальное ускорение является касательным к круговой траектории, однако центростремительное ускорение направлено к центру круговой траектории. Следовательно, центростремительное ускорение и тангенциальное ускорение перпендикулярны.

Следует иметь в виду, что при равномерном круговом движении мобиль обладает центростремительным ускорением, поскольку меняет направление, однако тангенциального ускорения он не имеет, так как угловая скорость постоянна и, следовательно, амплитуда тангенциальной скорости также постоянна.

➤ См.: Тангенциальное ускорение (или линейное ускорение).

Центростремительное ускорение и центростремительная сила

Центростремительная сила — это сила, действующая на тело, совершающее круговое движение и направленная к центру круговой траектории. Таким образом, центростремительная сила — это сила, которая заставляет тело менять направление и описывает криволинейное движение.

Центростремительная сила рассчитывается из центростремительного ускорения, точнее, модуль центростремительной силы эквивалентен центростремительному ускорению, умноженному на массу движущегося тела.

$F_c=m\cdot a_c$

Золото:

$F_c$

это центростремительная сила.
$m$

— масса тела, совершающего круговое движение.
$a_c$

– центростремительное ускорение (или нормальное ускорение).

Вектор центростремительной силы имеет то же направление и направление, что и вектор центростремительного ускорения, поэтому его направление перпендикулярно тангенциальной скорости и направлено к центру круговой траектории.

центростремительное ускорение и центробежное ускорение

Наконец, мы увидим, чем отличается центростремительное ускорение от центробежного ускорения, поскольку их часто путают и представляют собой два разных типа ускорений.

Центробежное ускорение – это фиктивное ускорение, возникающее при изучении движения тела из вращающейся системы отсчета.

Разница между центростремительным ускорением и центробежным ускорением заключается в том, что центростремительное ускорение — это реальное ускорение, возникающее, когда тело совершает круговое движение, а центробежное ускорение — это фиктивное ускорение, используемое в системах отсчета при вращении.