Aylanma harakat va uning dinamikasi

Fizikada aylanma harakat — bu ob’ektning aylana boʻylab harakati yoki aylana yoʻli boʻylab aylanish. U bir xil boʻlishi mumkin, doimiy burchak tezligi va doimiy tezlik bilan yoki oʻzgaruvchan aylanish tezligi bilan bir xil boʻlmagan. Uch oʻlchamli jismning sobit oʻqi atrofida aylanish uning qismlarining aylanma harakatini oʻz ichiga oladi. Harakat tenglamalari jismning massa markazining harakatini tavsiflaydi. Dumaloq harakatda jism va sirtdagi qoʻzgʻalmas nuqta orasidagi masofa bir xil boʻlib qoladi.

Aylanma harakatga misollar: Yer atrofida doimiy balandlikda aylanuvchi sunʼiy sunʼiy yoʻldosh, ship ventilyatorining qanotlari uya atrofida aylanayotgani, arqonga bogʻlangan va aylana boʻylab aylantirilayotgan tosh, egri chiziqdan aylanayotgan avtomobil. poyga yoʻli, bir xil magnit maydonga perpendikulyar harakatlanuvchi elektron va mexanizm ichida aylanadigan tishli.

Bir jinsli aylanma harakat

1-rasm:

ω

burchak tezligida bir tekis aylanma harakatda tezlik

v

va tezlanish

a

; tezlik doimiy, lekin tezlik har doim orbitaga tegib turadi; tezlanish doimiy kattalikka ega, lekin har doim aylanish markaziga ishora qiladi.

2-rasm:

t

vaqt va

t + dt

vaqtdagi tezlik vektorlari chapdagi orbitadan dumlari mos keladigan yangi pozitsiyalarga, oʻng tomonga oʻtkaziladi. Tezlik

v = r ω

da kattalikda oʻrnatilganligi sababli, tezlik vektorlari ham

ω

burchak tezligida aylana yoʻlini supurib tashlaydi.

dt \to 0

boʻlganda, tezlanish vektori

a

v

ga perpendikulyar boʻladi, yaʼni u chapdagi aylanada orbita markaziga ishora qiladi. Burchak

ω dt

— bu ikki tezlik orasidagi juda kichik burchak va

dt \to 0

sifatida nolga intiladi.

3-rasm: (chapda) dumaloq harakatdagi shar — arqon toʻpni aylanada ushlab turish uchun markazga yoʻnaltiruvchi kuchni taʼminlaydi (oʻngda) Arqon kesiladi va toʻp arqonni kesish vaqtidagi tezlik bilan toʻgʻri chiziqda davom etadi. Nyutonning inersiya qonuni bilan, chunki markazga tortish kuchi endi yoʻq.

Fizikada oʻzgarmas aylanma harakat, jismning dairesel yoʻlni doimiy tezlikda bosib oʻtgan harakatini tasvirlaydi. Tana dumaloq harakatni tasvirlaganligi sababli, uning aylanish oʻqidan masofasi doimo doimiy boʻlib qoladi. Tananing tezligi doimiy boʻlsa-da, uning tezligi doimiy emas: tezlik, vektor miqdori tananing tezligiga ham, uning harakat yoʻnalishiga ham bogʻliq. Bu oʻzgaruvchan tezlik tezlashuv mavjudligini koʻrsatadi; bu markazlashtirilgan tezlanish doimiy kattalikda va har doim aylanish oʻqi tomon yoʻnaltirilgan. Bu tezlanish, oʻz navbatida, doimiy kattalikdagi va aylanish oʻqiga yoʻnaltirilgan markazga yoʻnaltirilgan kuch tomonidan ishlab chiqariladi.

Qattiq jismning qatʼiy oʻqi atrofida aylanayotganda, u yoʻlning radiusi bilan solishtirganda arzimas darajada kichik boʻlsa, tananing har bir zarrasi bir xil burchak tezligi bilan bir xil aylana harakatini tasvirlaydi, lekin tezligi va tezlanishi bilan oʻzgaradi. oʻqiga nisbatan pozitsiyasi.

Formulalar

1-rasm: Bir xil aylana harakati uchun vektor munosabatlari; aylanishni ifodalovchi vektor

ω

orbita tekisligiga normaldir.

Radiusi $r$ boʻlgan aylana boʻylab harakatlanish uchun aylananing aylanasi $C = 2 πr$ ga teng. Agar bitta aylanish davri $T$ boʻlsa, burchak tezligi, $ω$ deb ham ataladigan burchak tezligi :

$\omega ={\frac {2\pi }{T}}=2\pi f={\frac {d\theta }{dt}}$ va birligi: radian/sekund.

Aylana boʻylab harakatlanadigan jismning tezligi:

$v={\frac {2\pi r}{T}}=\omega r$ $t$ vaqtida chiqib ketgan $θ$ th:

$\theta =2\pi {\frac {t}{T}}=\omega t$

Zarrachaning burchak tezlanishi $α$ teng:

$\alpha ={\frac {d\omega }{dt}}$

Bir tekis aylanma harakatda $α$ nolga teng boʻladi.

Yoʻnalishning oʻzgarishi tufayli tezlanish:

$a_{c}={\frac {v^{2}}{r}}=\omega ^{2}r$

Markazdan qochish va markazdan qochma kuchni tezlanish yordamida ham topish mumkin:

$F_{c}={\dot {p}}\mathrel {\overset {{\dot {m}}=0}{=}} ma_{c}={\frac {mv^{2}}{r}}$ Vektor munosabatlari 1-rasmda keltirilgan. Aylanish oʻqi vektor sifatida koʻrsatilgan $ω$ orbita tekisligiga perpendikulyar va kattaligi $ω = dθ / dt$ . $ω$ ning yoʻnalishi oʻng qoʻl qoidasi yordamida tanlanadi. Aylanishni tasvirlash uchun ushbu konventsiya bilan tezlik vektor oʻzaro koʻpaytma bilan berilgan

$\mathbf {v} ={\boldsymbol {\omega }}\times \mathbf {r} ,$

$ω$ va $r (t)$ ga perpendikulyar, orbitaga tangensial va $ω r$ kattalikdagi vektor. Xuddi shunday, tezlashuv tomonidan beriladi

$\mathbf {a} ={\boldsymbol {\omega }}\times \mathbf {v} ={\boldsymbol {\omega }}\times \left({\boldsymbol {\omega }}\times \mathbf {r} \right),$

kattaligi $ω$ va $v (t)$ ga perpendikulyar vektor boʻlgan va $r (t)$ ga $w|v|=w^{2}r$ toʻliq qarama-qarshi yoʻnaltirilgan. ^[1]

Eng oddiy holatda tezlik, massa va radius doimiydir.

Bir kilogramm ogʻirlikdagi jismni koʻrib chiqaylik, u bir metr radiusli aylana boʻylab harakatlanadi, burchak tezligi soniyasiga bir radian.

Tezligi sekundiga 1 metr.
Ichkariga tezlashuv kvadrat soniyada 1 metr, $v^{2}/r$ .
U kvadrat sekundiga 1 kilogramm metr markazga tortish kuchiga taʼsir qiladi, bu 1 nyutondir .
Tananing impulsi 1 kg·m·s ^-1ga teng.
Inersiya momenti 1 kg·m ² ga teng.
Burchak momenti 1 kg·m ² ·s ^-1ga teng.
Kinetik energiya 1 joul .
Orbita aylanasi 2 π (~6,283) metr.
Harakat davri burilish uchun 2 π soniya.
Chastotasi (2 π) ^-1 gerts .

Polar koordinatalarda

4-rasm: dumaloq traektoriya uchun qutb koordinatalari. Chap tomonda oʻzgarishlarni koʻrsatadigan birlik doirasi mavjud

\mathbf {d{\hat {\mathbf {u} }}_{R}}

va

\mathbf {d{\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }}

birlik vektorlarida

\mathbf {{\hat {\mathbf {u} }}_{R}}

va

\mathbf {{\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }}

kichik oʻsish uchun

d\theta

burchakda

\theta

.

Aylanma harakat vaqtida jism qutb koordinata tizimida orbitaning orbita markazidan koordinata boshi sifatida qabul qilingan $R$ masofasi, qandaydir mos yozuvlar yoʻnalishidan $θ (t)$ burchakka yoʻnaltirilgan sobit masofa sifatida tasvirlanishi mumkin boʻlgan egri chiziq boʻylab harakatlanadi. 4-rasmga qarang. Siqilish vektori $\mathbf {r}$ — zarrachaning boshlangʻich nuqtasidan joylashishigacha boʻlgan radial vektor:

$\mathbf {r} (t)=R{\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)\,$

bu yerda ${\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)$ $t$ vaqtda radius vektoriga parallel boʻlgan va koordinata boshidan uzoqqa yoʻnaltirilgan birlik vektor . ga ortogonal birlik vektorini kiritish qulay ${\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)$ shuningdek, yaʼni ${\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)$ . Orientatsiya qilish odatiy holdir ${\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)$ orbita boʻylab harakat yoʻnalishini koʻrsatish.

Tezlik siljishning vaqt hosilasidir:

$\mathbf {v} (t)={\frac {d}{dt}}\mathbf {r} (t)={\frac {dR}{dt}}{\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)+R{\frac {d{\hat {\mathbf {u} }}_{R}}{dt}}\,$ Doira radiusi doimiy boʻlgani uchun tezlikning radial komponenti nolga teng. Birlik vektori ${\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)$ vaqt bilan oʻzgarmas birlik kattaligiga ega, shuning uchun vaqt oʻzgarganda uning uchi har doim birlik radiusi boʻlgan aylanada yotadi, burchak $θ$ burchak bilan bir xil boʻladi. $\mathbf {r} (t)$ . Agar zarrachalarning siljishi $dt$ vaqt ichida $dθ$ burchak ostida aylansa, xuddi shunday ${\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)$ , $dθ$ kattalik birlik doirasi ustidagi yoyni tasvirlash. 4-rasmning chap tomonidagi birlik doirasiga qarang. Demak:

${\frac {d{\hat {\mathbf {u} }}_{R}}{dt}}={\frac {d\theta }{dt}}{\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)\,$

bu yerda oʻzgarish yoʻnalishi perpendikulyar boʻlishi kerak ${\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)$ (yoki, boshqacha qilib aytganda, birga ${\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)$ ) chunki har qanday oʻzgarish $d{\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)$ yoʻnalishida ${\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)$ hajmini oʻzgartiradi ${\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)$ . Belgisi ijobiy, chunki $dθ$ ning ortishi ob’ektni anglatadi va ${\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)$ yoʻnalishi boʻyicha harakat qildilar ${\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)$ . Shunday qilib, tezlik quyidagicha boʻladi:

$\mathbf {v} (t)={\frac {d}{dt}}\mathbf {r} (t)=R{\frac {d{\hat {\mathbf {u} }}_{R}}{dt}}=R{\frac {d\theta }{dt}}{\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)=R\omega {\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)\,$

Jismning tezlashishi ham radial va tangensial qismlarga boʻlinishi mumkin. Tezlanish tezlikning vaqt hosilasidir:

${\begin{aligned}\mathbf {a} (t)&={\frac {d}{dt}}\mathbf {v} (t)={\frac {d}{dt}}\left(R\omega {\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)\right)\\&=R\left({\frac {d\omega }{dt}}{\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)+\omega {\frac {d{\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }}{dt}}\right)\,.\end{aligned}}$

${\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)$ ning vaqt hosilasi bilan bir xil tarzda topiladi ${\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)$ . Yana, ${\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)$ birlik vektor boʻlib, uning uchi $π /2 + θ$ boʻlgan burchakka ega boʻlgan birlik doirani kuzatadi. Demak, burchakning $dθ$ tomonidan ortishi $\mathbf {r} (t)$ nazarda tutadi ${\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)$ $dθ$ kattalikdagi yoyni izlaydi va kabi ${\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)$ ga ortogonaldir ${\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)$ , bizda quyidagi bor:

${\frac {d{\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }}{dt}}=-{\frac {d\theta }{dt}}{\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)=-\omega {\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)\,,$

bu yerda manfiy belgini saqlash kerak, chunki ${\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)$ ga ortogonal ${\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)$ . (Aks holda, orasidagi burchak ${\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)$ va ${\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)$ $dθ$ ortishi bilan kamayadi .) 4-rasmning chap tomonidagi birlik doirasiga qarang. Shunday qilib, tezlanish:

${\begin{aligned}\mathbf {a} (t)&=R\left({\frac {d\omega }{dt}}{\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)+\omega {\frac {d{\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }}{dt}}\right)\\&=R{\frac {d\omega }{dt}}{\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)-\omega ^{2}R{\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)\,.\end{aligned}}$

Markazga intilma tezlanish radial komponent boʻlib, u radial ravishda ichkariga yoʻnaltiriladi:

$\mathbf {a} _{R}(t)=-\omega ^{2}R{\hat {\mathbf {u} }}_{R}(t)\,$

Tangensial komponent tezlikning kattaligini oʻzgartirganda:

$\mathbf {a} _{\theta }(t)=R{\frac {d\omega }{dt}}{\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)={\frac {dR\omega }{dt}}{\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)={\frac {d\left|\mathbf {v} (t)\right|}{dt}}{\hat {\mathbf {u} }}_{\theta }(t)\,.$

Kompleks sonlardan foydalanish

Dairesel harakatni murakkab raqamlar yordamida tasvirlash mumkin. $x$ oʻqi haqiqiy oʻq boʻlsin va $y$ eksa xayoliy oʻq boʻlsin. Keyin tananing pozitsiyasi sifatida berilishi mumkin $z$ , murakkab „vektor“:

$z=x+iy=R\left(\cos[\theta (t)]+i\sin[\theta (t)]\right)=Re^{i\theta (t)}\,$

$i$ xayoliy birlik va $\theta (t)$ vaqt funksiyasi $t$ sifatida kompleks sonning argumenti.

Radius doimiy boʻlgani uchun:

${\dot {R}}={\ddot {R}}=0\,,$

Bu yerda nuqta vaqt boʻyicha farqlanishni bildiradi.

Ushbu belgi bilan tezlik quyidagicha boʻladi:

$v={\dot {z}}={\frac {d}{dt}}\left(Re^{i\theta [t]}\right)=R{\frac {d}{dt}}\left(e^{i\theta [t]}\right)=Re^{i\theta (t)}{\frac {d}{dt}}\left(i\theta [t]\right)=iR{\dot {\theta }}(t)e^{i\theta (t)}=i\omega Re^{i\theta (t)}=i\omega z$

va tezlanish quyidagicha boʻladi:

${\begin{aligned}a&={\dot {v}}=i{\dot {\omega }}z+i\omega {\dot {z}}=\left(i{\dot {\omega }}-\omega ^{2}\right)z\\&=\left(i{\dot {\omega }}-\omega ^{2}\right)Re^{i\theta (t)}\\&=-\omega ^{2}Re^{i\theta (t)}+{\dot {\omega }}e^{i{\frac {\pi }{2}}}Re^{i\theta (t)}\,.\end{aligned}}$

Birinchi atama siljish vektoriga qarama-qarshi yoʻnalishda, ikkinchisi esa oldingi natijalar kabi unga perpendikulyar.

Tezlik

1-rasmda orbitaning toʻrt xil nuqtasida bir tekis harakatlanish uchun tezlik va tezlanish vektorlari koʻrsatilgan. Tezlik $v$ dumaloq yoʻlga tangens boʻlgani uchun ikkita tezlik bir xil yoʻnalishni koʻrsatmaydi. Ob’ekt doimiy tezlikka ega boʻlsa-da, uning yoʻnalishi doimo oʻzgarib turadi. Tezlikning bu oʻzgarishi $a$ tezlanishi tufayli yuzaga keladi, uning kattaligi (tezlik kabi) doimiy boʻlib, lekin yoʻnalishi ham doimo oʻzgarib turadi. Tezlanish radial ravishda ichkariga (markazga qarab) ishora qiladi va tezlikka perpendikulyar. Bu tezlanish markazga intiluvchi tezlanish deb ataladi.

Radiusi $r$ boʻlgan yoʻl uchun $θ$ burchak tashqariga chiqarilganda, orbita periferiyasi boʻylab oʻtgan masofa $s = rθ$ ga teng. Shuning uchun orbita boʻylab harakatlanish tezligi

$v=r{\frac {d\theta }{dt}}=r\omega ,$ bu yerda aylanishning burchak tezligi $ω$ . (Qayta tartibga solish orqali, $ω = v / r$ . $v$ Shunday qilib, $v$ doimiydir va tezlik vektori ham $v$ doimiy kattalik bilan, bir xil burchak tezligi $ω$ bilan aylanadi.

Relyativistik aylanma harakat

Bu holda, uch tezlanish vektori uch tezlik vektoriga perpendikulyar,

$\mathbf {u} \cdot \mathbf {a} =0$ .

va skalyar invariant sifatida ifodalangan toʻgʻri tezlanish kvadrati, barcha mos yozuvlar tizimida bir xil,

$\alpha ^{2}=\gamma ^{4}a^{2}+\gamma ^{6}\left(\mathbf {u} \cdot \mathbf {a} \right)^{2},$ aylanma harakatning ifodasiga aylanadi,

$\alpha ^{2}=\gamma ^{4}a^{2}.$ yoki musbat kvadrat ildizni olib, uch tezlanishdan foydalanib, aylanma harakat uchun kerakli tezlanishga erishamiz:

$\alpha =\gamma ^{2}{\frac {v^{2}}{r}}.$

Tezlanish

2-rasmdagi chap aylana — ikki qoʻshni vaqtda tezlik vektorlarini koʻrsatadigan orbita. Oʻng tomonda bu ikki tezlik harakatlanadi, shuning uchun ularning dumlari mos keladi. Tezlik doimiy boʻlgani sababli, oʻngdagi tezlik vektorlari vaqt oʻtishi bilan aylanani supurib tashlaydi. Supurilgan burchak $dθ = ω dt$ uchun $v$ ning oʻzgarishi $v$ ga toʻgʻri burchak ostida va $v dθ$ kattalikdagi vektor boʻlib, bu oʻz navbatida tezlanishning kattaligi quyidagicha berilganligini anglatadi.

$a_{c}=v{\frac {d\theta }{dt}}=v\omega ={\frac {v^{2}}{r}}$

Centripetal acceleration for some values of radius and magnitude of velocity
tezlik	1 m/s 3.6 km/h 2.2 mph	2 m/s 7.2 km/h 4.5 mph	5 m/s 18 km/h 11 mph	10 m/s 36 km/h 22 mph	20 m/s 72 km/h 45 mph	50 m/s 180 km/h 110 mph	100 m/s 360 km/h 220 mph
Radius		Sekin harakat	Mashina harakati	Katta tezliklar		Kosmik harakatlar
10 cm 3.9 in	Laboratory centrifuge	10 m/s² 1.0 g	40 m/s² 4.1 g	250 m/s² 25 g	1.0 km/s² 100 g	4.0 km/s² 410 g	25 km/s² 2500 g	100 km/s² 10000 g
20 cm 7.9 in		5.0 m/s² 0.51 g	20 m/s² 2.0 g	130 m/s² 13 g	500 m/s² 51 g	2.0 km/s² 200 g	13 km/s² 1300 g	50 km/s² 5100 g
50 cm 1.6 ft		2.0 m/s² 0.20 g	8.0 m/s² 0.82 g	50 m/s² 5.1 g	200 m/s² 20 g	800 m/s² 82 g	5.0 km/s² 510 g	20 km/s² 2000 g
1 m 3.3 ft	Playground carousel	1.0 m/s² 0.10 g	4.0 m/s² 0.41 g	25 m/s² 2.5 g	100 m/s² 10 g	400 m/s² 41 g	2.5 km/s² 250 g	10 km/s² 1000 g
2 m 6.6 ft		500 mm/s² 0.051 g	2.0 m/s² 0.20 g	13 m/s² 1.3 g	50 m/s² 5.1 g	200 m/s² 20 g	1.3 km/s² 130 g	5.0 km/s² 510 g
5 m 16 ft		200 mm/s² 0.020 g	800 mm/s² 0.082 g	5.0 m/s² 0.51 g	20 m/s² 2.0 g	80 m/s² 8.2 g	500 m/s² 51 g	2.0 km/s² 200 g
10 m 33 ft	Roller-coaster vertical loop	100 mm/s² 0.010 g	400 mm/s² 0.041 g	2.5 m/s² 0.25 g	10 m/s² 1.0 g	40 m/s² 4.1 g	250 m/s² 25 g	1.0 km/s² 100 g
20 m 66 ft		50 mm/s² 0.0051 g	200 mm/s² 0.020 g	1.3 m/s² 0.13 g	5.0 m/s² 0.51 g	20 m/s² 2 g	130 m/s² 13 g	500 m/s² 51 g
50 m 160 ft		20 mm/s² 0.0020 g	80 mm/s² 0.0082 g	500 mm/s² 0.051 g	2.0 m/s² 0.20 g	8.0 m/s² 0.82 g	50 m/s² 5.1 g	200 m/s² 20 g
100 m 330 ft	Freeway on-ramp	10 mm/s² 0.0010 g	40 mm/s² 0.0041 g	250 mm/s² 0.025 g	1.0 m/s² 0.10 g	4.0 m/s² 0.41 g	25 m/s² 2.5 g	100 m/s² 10 g
200 m 660 ft		5.0 mm/s² 0.00051 g	20 mm/s² 0.0020 g	130 m/s² 0.013 g	500 mm/s² 0.051 g	2.0 m/s² 0.20 g	13 m/s² 1.3 g	50 m/s² 5.1 g
500 m 1600 ft		2.0 mm/s² 0.00020 g	8.0 mm/s² 0.00082 g	50 mm/s² 0.0051 g	200 mm/s² 0.020 g	800 mm/s² 0.082 g	5.0 m/s² 0.51 g	20 m/s² 2.0 g
1 km 3300 ft	High-speed railway	1.0 mm/s² 0.00010 g	4.0 mm/s² 0.00041 g	25 mm/s² 0.0025 g	100 mm/s² 0.010 g	400 mm/s² 0.041 g	2.5 m/s² 0.25 g	10 m/s² 1.0 g

Bir jinsli boʻlmagan harakat

Bir tekis boʻlmagan aylanma harakatda jism oʻzgaruvchan tezlikda aylanma yoʻlda harakatlanadi. Tezlik oʻzgarganligi sababli, oddiy tezlanishga qoʻshimcha ravishda tangensial tezlanish ham mavjud.

Bir tekis boʻlmagan aylanma harakatda aniq tezlanish (a) aylana ichiga yoʻnaltirilgan, lekin uning markazidan oʻtmaydigan $Δ v$ yoʻnalishi boʻylab (rasmga qarang). Aniq tezlanish ikki komponentga boʻlinishi mumkin: tangensial tezlanish va normal tezlanish, shuningdek, markazlashtirilgan yoki radial tezlanish. Tangensial tezlanishdan farqli oʻlaroq, markazga yoʻnaltirilgan tezlanish ham bir xil, ham bir xil boʻlmagan aylanma harakatda mavjud.

Bir tekis boʻlmagan aylanma harakatda normal kuch har doim ham ogʻirlikning teskari yoʻnalishini koʻrsatmaydi. Bu yerda ob’ektning toʻgʻri yoʻlda harakatlanishi, soʻngra halqani yana toʻgʻri yoʻlga aylantirilishi misoli keltirilgan.

Ushbu diagrammada ogʻirlik kuchiga qarama-qarshi emas, balki boshqa yoʻnalishlarga ishora qiluvchi normal kuch koʻrsatilgan. Oddiy kuch aslida radial va tangensial kuchlarning yigʻindisidir. Ogʻirlik kuchining komponenti bu yerda tangensial kuch uchun javobgardir (biz ishqalanish kuchini eʼtiborsiz qoldirdik). Radial kuch (markazga tortish kuchi) yuqorida aytib oʻtilganidek, tezlik yoʻnalishining oʻzgarishi bilan bogʻliq.

Bir tekis boʻlmagan aylanma harakatda normal kuch va ogʻirlik bir xil yoʻnalishga ishora qilishi mumkin. Ikkala kuch ham pastga ishora qilishi mumkin, ammo ob’ekt pastga tushmasdan aylana yoʻlda qoladi. Birinchidan, nima uchun oddiy kuch birinchi navbatda pastga ishora qilishi mumkinligini bilib olaylik. Birinchi diagrammada aytaylik, ob’ekt samolyot ichida oʻtirgan odam boʻlib, ikkita kuch faqat aylananing tepasiga etib kelganida pastga ishora qiladi. Buning sababi shundaki, normal kuch tangensial kuch va markazlashtirilgan kuchning yigʻindisidir. Tangensial kuch tepada nolga teng (chunki harakat qoʻllanadigan kuch yoʻnalishiga perpendikulyar boʻlganda ish bajarilmaydi. Bu yerda ogʻirlik kuchi aylananing tepasidagi jismning harakat yoʻnalishiga perpendikulyar) va markazdan qoʻzgʻatuvchi kuch pastga qaraydi, shuning uchun normal kuch ham pastga ishora qiladi. Mantiqiy nuqtai nazardan, samolyotda sayohat qilayotgan odam aylana tepasida teskari boʻladi. Oʻsha paytda odamning oʻrindigʻi aslida odamni pastga itarib yuboradi, bu oddiy kuchdir.

Jismning faqat pastga yoʻnaltirilgan kuchlar taʼsirida pastga tushmasligining sababi oddiy. Ob’ektni uloqtirgandan keyin nima ushlab turishini oʻylab koʻring. Ob’ekt havoga tashlangandan soʻng, jismga faqat Yerning tortishish kuchi taʼsir qiladi. Bu narsa havoga tashlangandan soʻng u bir zumda tushib ketadi degani emas. Bu jismni havoda ushlab turadigan narsa uning tezligidir . Nyutonning harakat qonunlarining birinchisida aytilishicha, jismning inertsiyasi uni harakatda ushlab turadi va havodagi jismning tezligi boʻlgani uchun u shu yoʻnalishda harakat qilishni davom ettiradi.

Aylanma yoʻlda harakatlanuvchi jism uchun oʻzgaruvchan burchak tezligiga, agar aylanadigan jism bir hil massa taqsimotiga ega boʻlmasa ham erishish mumkin. Bir jinsli boʻlmagan ob’ektlar uchun muammoga quyidagi kabi yondashish kerak. ^[2]

Ilovalar

Bir xil boʻlmagan aylana harakati bilan bogʻliq ilovalarni hal qilish kuch tahlilini oʻz ichiga oladi. Bir tekis dumaloq harakatda aylana boʻylab harakatlanayotgan jismga taʼsir qiluvchi yagona kuch markazga tortish kuchidir. Bir tekis boʻlmagan aylanma harakatda jismga nolga teng boʻlmagan tangensial tezlanish tufayli qoʻshimcha kuchlar taʼsir qiladi. Ob’ektga taʼsir qiluvchi qoʻshimcha kuchlar mavjud boʻlsa-da, ob’ektga taʼsir qiluvchi barcha kuchlarning yigʻindisi markazga tortish kuchiga teng boʻlishi kerak.

${\begin{aligned}F_{\text{net}}&=ma\\&=ma_{r}\\&={\frac {mv^{2}}{r}}\\&=F_{c}\end{aligned}}$

Umumiy quvvatni hisoblashda radial tezlanish qoʻllanadi. Tangensial tezlanish umumiy kuchni hisoblashda ishlatilmaydi, chunki u ob’ektni aylana yoʻlida ushlab turish uchun javobgar emas. Ob’ektning aylana boʻylab harakatlanishini taʼminlaydigan yagona tezlanish radial tezlanishdir. Barcha kuchlarning yigʻindisi markazga qoʻyuvchi kuch boʻlgani sababli, markazdan qoʻzgʻatuvchi kuchni erkin tana diagrammasida chizish shart emas va odatda tavsiya etilmaydi.

Foydalanish $F_{\text{net}}=F_{c}$ , biz ob’ektga taʼsir qiluvchi barcha kuchlarni roʻyxatga olish uchun erkin tana diagrammalarini chizishimiz va keyin uni tenglashtirishimiz mumkin $F_{c}$ . Keyinchalik, biz nomaʼlum narsalarni hal qilishimiz mumkin (bu massa, tezlik, egrilik radiusi, ishqalanish koeffitsienti, normal kuch va boshqalar boʻlishi mumkin.). Masalan, yarim doira tepasida joylashgan ob’ektni koʻrsatadigan yuqoridagi ingl $F_{c}=n+mg$ .

Yagona aylanma harakatda jismning aylana yoʻlidagi umumiy tezlanishi radial tezlanishga teng boʻladi. Bir tekis boʻlmagan aylanma harakatda tangensial tezlanish mavjudligi sababli, bu endi haqiqiy emas. Bir xil boʻlmagan doiradagi jismning umumiy tezlanishini topish uchun tangensial tezlanish va radial tezlanishning vektor yigʻindisini topamiz

${\sqrt {a_{r}^{2}+a_{t}^{2}}}=a$

Radial tezlanish hali ham teng ${\textstyle {\frac {v^{2}}{r}}}$ . Tangensial tezlanish shunchaki istalgan nuqtadagi tezlikning hosilasidir: ${\textstyle a_{t}={\frac {dv}{dt}}}$ . Alohida radial va tangensial tezlanishlar kvadratlarining bu ildiz yigʻindisi faqat aylanma harakat uchun toʻgʻri keladi; qutb koordinatalari boʻlgan tekislik ichidagi umumiy harakat uchun $(r,\theta )$ , Koriolis atamasi ${\textstyle a_{c}=2\left({\frac {dr}{dt}}\right)\left({\frac {d\theta }{dt}}\right)}$ ga qoʻshilishi kerak $a_{t}$ , holbuki radial tezlanish keyin boʻladi ${\textstyle a_{r}={\frac {-v^{2}}{r}}+{\frac {d^{2}r}{dt^{2}}}}$ .

Manbalar

↑ Knudsen, Jens M.. Elements of Newtonian mechanics: including nonlinear dynamics, 3, Springer, 2000 — 96-bet. ISBN 3-540-67652-X.
↑ Gomez, R W; Hernandez-Gomez, J J; Marquina, V (25 July 2012). "A jumping cylinder on an inclined plane". Eur. J. Phys. (IOP) 33 (5): 1359–1365. doi:10.1088/0143-0807/33/5/1359. https://www.researchgate.net/publication/236030807. Qaraldi: 25 April 2016. Aylanma harakat va uning dinamikasi]]

Havolalar

Physclips: Mechanics with animations and video clips from the University of New South Wales
Circular Motion (Wayback Machine saytida 2010-12-14 sanasida arxivlangan) — a chapter from an online textbook
Circular Motion Lecture — a video lecture on CM
[1] — an online textbook with different analysis for circular motion

[1] Knudsen, Jens M.. Elements of Newtonian mechanics: including nonlinear dynamics, 3, Springer, 2000 — 96-bet. ISBN 3-540-67652-X.

[2] Gomez, R W; Hernandez-Gomez, J J; Marquina, V (25 July 2012). "A jumping cylinder on an inclined plane". Eur. J. Phys. (IOP) 33 (5): 1359–1365. doi:10.1088/0143-0807/33/5/1359. https://www.researchgate.net/publication/236030807. Qaraldi: 25 April 2016. Aylanma harakat va uning dinamikasi]]

[1]

[2]