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四、圆周运动
(一)匀速(率)圆周运动
质点沿圆周运动时,在相同的时间内运动的路程相等,称为匀速(率)圆周运动(uniform circular motion)。质点在运动时,速度大小不变,只是方向改变。因此,其加速度就是速度方向的变化率。如图1-4所示。
图1-4 匀速圆周运动
加速度为
(1-12)
由图1-4可知,当Δt→0时,Δθ→0,则A。即加速度指向圆心,称为向心加速度(centripetal acceleration)。
(二)变速圆周运动
一般质点沿圆周运动时,速度大小、方向均随时间变化,即变速圆周运动,如图1-5所示。
图1-5 变速圆周运动
在矢量
t
有
(1-13)
an的方向指向圆心且与at垂直,称为法向加速度(normal acceleration)。at的方向沿运动轨迹的切线方向,称为切向加速度(tangential acceleration)。法向加速度反映了速度方向的变化,切向加速度反映了速度大小的变化。
例1-1 某列车出发时,速度由静止均匀增大,轨迹是半径R=800m的圆弧,如图1-6所示。已知列车出发后第3分钟时,速率为=20m/s。求列车出发后,第2分钟时的切向和法向以及总加速度。
图1-6
解:可以将车厢上任一点的运动表示为列车的运动,适用于质点运动学。
切向加速度
∵ t1=2min时的速率1=att1
∴ 法向加速度
总加速度大小为
a与at的夹角为