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01-01-07
圆周运动

 

 

 

    

    质点沿固定的圆周轨道运动,称为圆周运动。它是一种常见的平面曲线运动,也是研究物体转动的基础。当质点作圆周运动时,若在轨道上各处的速度大小不同,则称为变速圆周运动。

    1.速度增量

    时刻: 质点位于圆周上的点处,速度为
    时刻:质点位于圆周上的点处,速度为
    的大小: ,它们的方向相应沿圆周轨道点和点的切线方向。 在时间内,速度增量为,它是由速度的大小改变方向改变两者共同产生的,即

详细解释

    2.法向加速度和切向加速度

    按加速度定义,质点在时刻(或相应一点上)的加速度为

其中 称为法向加速度,其大小为   

其方向垂直于该点的速度方向,沿着半径并指向圆心。 称为切向加速度,其大小为

其方向沿着圆上相应于该时刻质点所在处的切线方向。显然加速度等于法向加速度与切向加速度的矢量和,并把分别称为加速度的法向分量和切向分量。由此,可以求得加速度的大小和方向(用所成的角表示),即

          

加速度的方向总是指向圆周的凹侧。(图示

    (1) 当时,速率增快,同向,质点作加速圆周运动,为锐角

    (2) 当时,速率减慢,反向,质点作减速圆周运动,为钝角

    (3) 当时,速率不变,质点作匀速率圆周运动,由于其速度方向仍在不断改变,因而,即加速度大小

方向沿着半径指向圆心,故常将这个加速度称为向心加速度。

    请注意:因为作匀速率圆周运动的质点总加速度,所以它仍属于变速运动。

1.圆周运动的角量描述

  描述圆周运动的角量有:角坐标、角位移、角速度、角加速度

    2.角量与线量的关系
对应的弧长为Δs,则有

由此得质点速度的大小(速率) 与角速度 的关系,即

质点匀速率圆周运动时,因是恒量,所以也是恒量,此时质点对圆心O点作均匀角速转动。根据上式可知,匀速率圆周运动的向心加速度大小也可以用角速度表示,即

质点作匀角速运动时,角加速度为零;当质点作变速圆周运动时,角速度不为恒量,角加速度不为零,也可以不是恒量。这时,质点具有切向加速度,它与角加速度的关系为