Jak najít tangenciální sílu: Několik přístupů a příklady problémů

Tangenciální síla je síla působící na těleso v kruhovém pohybu v tečném směru zakřivené dráhy.

Odpovězme, Jak najít tečnou sílu Tangenciální síla je pokračováním tečné zrychlení který je vždy v pravém úhlu k poloměru, který vychází z osy otáčení. Aby existovala tečná síla, je nutné, aby se tangenciální rychlost měnila.

Kde je tečné zrychlení: -

Předpokládejme, že částice vykonávající kruhový pohyb není jednotná. A je variabilní. Pak za takových podmínek bude mít částice v kruhovém pohybu tangenciální zrychlení spolu s dostředivým zrychlení nebo radiální zrychlení. Pokud částice v malém časovém intervalu a změna tangenciální rychlosti částice bude, pak bude tangenciální zrychlení částice dáno jako:

Nyní, pro daný časový interval, pokud je nekonečně malý, pak bude tečné zrychlení v tomto bodě: -

aT=dv/dt

A radiální zrychlení částice bude:-

aR=v²/r

Zde jsou tečné zrychlení a radiální zrychlení navzájem v pravém úhlu. Velikost výsledného zrychlení pohybující se částice je tedy dána jako:

Při proměnlivém kruhovém pohybu částice, ο tangenciální zrychlení a radiální zrychlení jsou obě proměnné. Můžeme tedy říci, že výsledné zrychlení částice a je také proměnné a nesměřuje do středu kruhu.

Jak zjistíte tečnou sílu při kruhovém pohybu

Jak najít tečnou sílu:- Chcete-li najít tečnou sílu síla částice v kruhovém pohybu. Pojďme k částici P, jejíž orientace vzhledem k počátku O je r. Nyní na částici působí síla 90 N (tangenciální síla), poté na moment síly nebo krouticího momentu působí na částici vzhledem k počátku O. Nyní je vztah mezi a r a F dán jako:

Velikost se udává jako: -

 Kde je úhel mezi vektorem r a F.

Odtud můžeme najít tečnou sílu jako: -

Co je tečnou složkou síly

Síla působící na an objekt který je v kontaktu s povrchem jiného tělesa lze rozdělit na dvě složky, resp. Existuje jedna složka, která je kolmý na povrch při dané příležitosti to je normální síla, a další komponenta, je rovnoběžná s povrchem toto tangenciální síla. Konkrétně hmotnost těla, které má váhu w = mg je na nakloněné rovině nastavené pod úhlem k horizontále. Bude mít normální a tečné síly:

F_n= mgcosθ

F_t= mgsinθ

Zde F_t je tečná síla, která působí v pravém úhlu k tečně. Tangenciální síla může střídat směr pohybu tělesa, aniž by se měnila jeho rychlost.

Příklady problémů Založeno na tangenciální síle

Q. Vysvětlete důvod v daném stavu, který je příčinou dostředivé síly v nich? (i) Při otáčení auta, (ii) při krouživém pohybu koule, která je navázána na provázky, (iii) při rotaci Země kolem Slunce, (iv) při rotaci elektronu kolem jádra.

Ans. (i) z tření mezi pneumatikami a vozovkou, z napětí ve struně, (iii) z (ii) gravitační síly vyvíjené Sluncem na Zemi, (iv) při rotaci elektronu kolem jádra vzniká elektrostatická přitažlivá síla mezi jádrem a elektronem.

Q. Za deště obecně skútr kloužou při odbočování na silnici; proč?

Ans. V dešti obvykle skútr při odbočování silnice klouže, protože není zajištěna potřebná dostředivá síla. Stejně jako na mokré vozovce je tření mezi pneumatikou a vozovkou menší.

Otázka: Malá hladká kulička je umístěna na hladkém kruhovém disku. Vysvětlete, proč, když se kotouč otočí, míč spadne dolů?

Ans. Vzhledem k absenci tření mezi míčem a kotoučem není dostředivá síla přenášena na míč.

Otázka: Dítě jedoucí na kolotoči snese část sedadla dolů, což vede k radiálnímu pohybu směrem ven. Vysvětli proč?

Ans. Když dítě tlačí stranu své sedačky radiálně ven, strana sedačky tlačí dítě radiálně dovnitř (třetí Newtonův zákon), čímž mu poskytuje požadovanou dostředivá síla pro jeho kruhový pohyb.

Q. Definuje rotace ve směru hodinových ručiček nebo rotace proti směru hodinových ručiček rovnoměrným kruhovým pohybem směr dostředivé síly?

Ans. Ne, směr vektoru zrychlení nebo síly je v obou případech radiálně dovnitř.

Q. Uvažujme částici, která se pohybuje rovnoměrně po kružnici. Na částici na kruhové dráze působí dva druhy sil. Jedna je dostředivá síla, tato síla směřuje do středu. Další silou je odstředivá síla, tato síla je rovna dostředivé síle a směřuje od středu v opačném směru. Komentujte, zda tyto dvě síly udržují částici v rovnovážné poloze nebo ne.

Ans. Toto tvrzení je zcela mylné.

Částice. Při rovnoměrném kruhovém pohybu není v rovnováze. Má radiální zrychlení (v²/r) nebo dostředivou sílu (mv²/r), působící radiálně dovnitř směrem ke středu. Kde výsledná síla působící na částici není nulová. Tudíž nepřichází v úvahu žádná radiálně vnější síla vyvažující radiálně vnitřní sílu.

Když však pozorovatel rotuje s částicí (neinerciální soustava), částice se pro něj jeví v klidu. Tento pozorovatel proto ve svém rámci vyvolává „odstředivou sílu“, která vyrovnává vnitřní sílu. Odstředivá síla tedy není skutečnou silou, ale vychází z neinerciální povahy samotného pozorovatele.

Q. Uvážíme-li tenké kolo v pohybu, pak může být ve vzpřímené poloze na svém ráfku po značnou dobu, když se otáčí znovu a znovu znatelnou rychlostí. Zatímco ve stacionární poloze spadne ze své vzpřímené polohy, pokud dojde k sebemenšímu narušení. Vysvětlit.

Ans. Když se kolo točí, jeho úhlová hybnost je zakonzervovaný.

V praxi dochází ke ztrátě úhlové rychlosti a tím i úhlové hybnosti v důsledku tření. Ale kolo nepadá tak dlouho, aby v něm byl moment hybnosti. Stacionární svislé kolo je v „nestabilní“ rovnováze, a proto klesá v důsledku mírné poruchy.

Otázka: Proč jsou ve vrtulníku dvě vrtule?

Ans. Ve vrtulníku jsou dvě vrtule, protože pokud by vrtulník měl pouze jednu vrtuli:-

Pak hranatý hybnost by byla zachována za to by se pak kvůli této konzervaci vrtulník sám otáčel opačným směrem.