1
等速率圓周運動的法線加速度,也就是向心加速度,上次是如何求出這個向心加速度呢?
上次首先是在座標軸,畫一個單位圓(半徑為1的圓),
並在這個圓內,分別畫出速度v1、v2,接著由於速度為向量,向量又有大小和方向,
故可以將速度想成是類似半徑的東西,畢竟速度(向量)有半徑(純量)所有的特徵。
又現在是做等速率圓周運動,故v1、v2大小一樣,可以想成是相當於半徑的長度一樣。
這樣的話,若我們故意將v1、v2這兩個速度,以及速度的變化量,畫成一個三角形,
v1、v2這兩個速度看起來就很像是圓的半徑,而速度變化量看起來就像是圓的弧度,
這樣,速度變化量可以寫成是圓弧度的大小,
也就是v1*(旋轉的角度)或v2*(旋轉的角度)。又v1v2大小一樣,故令其為v。
這樣速度變化量可以寫成是v*(旋轉的角度)。
又加速度定義為速度變化量/時間變化量,故又可寫成v*(旋轉的角度)/時間變化量,
這樣又等於v*角速度。
這就是上次針對向心加速度大小的證明。
-------------------------------------------
2
而這個向心加速度=速度v*角速度,也可以被改寫成其他形式。
首先是v=半徑r*角速度,故向心加速度可改寫為半徑r*角速度的平方。
而上一行的向心加速度,又可改寫為v的平方/半徑r,
又角速度=2ㄆㄞ*r/週期T,將這個角速度代入上面的向心加速度,又可得到新的式子。
所以向心加速度可以根據給予的條件不同,使用不同的式子來計算。
-------------------------------------------
3
等速率圓週運動的下一個章節,即為簡諧運動,當初課綱這樣安排順序當然是有邏輯的。
原因要從簡諧運動的定義看起;簡諧運動的定義,為F(力)=k*x(位移)。很類似虎克定律。
意即所有可以寫出以上式子的運動,都是簡諧運動。
例如做等速率圓週運動的某個物體,該物體在x軸或y軸的投影,該投影的運動即為
簡諧運動。
怎麼說呢?這要觀察該投影是如何運動的;假設圓半徑為r,物體的角速度為W,
且物體相對於x軸夾角為X。
那麼,物體的投影位置,根據畫圖來觀察,可知距離座標中心為r*cos(X);
又物體的角速度為W,則物體的速度為r*W,那麼物體投影的速度,一樣根據畫圖來觀察
為r*W*sin(X)。X是角度,又角速度W=角度/時間,故r*W*sin(X)=r*W*sin(W*時間)。
而投影的加速度,根據畫圖來觀察,可知為向心加速度*cos(X)=向心加速度*cos(W*時間)
然後根據F=kx與F=ma,a為半徑r*W的平方*cos(W*時間);
F=m*半徑r*W的平方*cos(W*時間),m與W的平方是常數,相當於k;半徑r與cos(W*時間)
不就是位移x?所以可知等速率圓週運動的投影運動,確實是簡諧運動。
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 111.241.182.72 (臺灣)
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/talk/M.1689954311.A.EFA.html