求心力を見つける方法

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著者: Monica Porter
作成日: 22 行進 2021
更新日: 20 11月 2024
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求心力の正体
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円内を移動するオブジェクトは、速度が同じであっても加速しています。これは直観に反するように見えるかもしれません。なぜなら、速度を変えずにどのように加速できるのでしょうか?実際、加速度は速度の変化率であり、速度には速度と運動の方向が含まれるため、加速度なしで円運動を行うことは不可能です。ニュートンの第二法則により、加速(a)力にリンクされています(F) 沿って F = 、および円運動の場合、問題の力は求心力と呼ばれます。これを解決するのは簡単なプロセスですが、持っている情報に応じてさまざまな方法で状況について考える必要があるかもしれません。

TL; DR(長すぎる;読まなかった)

式を使用して求心力を見つけます。

F = mv2 / r

ここに、 F 力を参照し、 m オブジェクトの質量です。 v オブジェクトの接線速度 r は、移動する円の半径です。求心力のソース(重力など)がわかっている場合、その力の式を使用して求心力を見つけることができます。

求心力とは

求心力は、重力や摩擦力と同じような力ではありません。求心性加速度は存在するため求心性力が存在しますが、この力の物理的原因は特定の状況によって異なります。

太陽の周りの地球の動きを考慮してください。軌道の速度は一定であるにもかかわらず、方向は連続的に変化するため、太陽に向かって加速されます。ニュートンの運動の第一法則と第二法則によれば、この加速は力によって引き起こされなければなりません。地球の軌道の場合、加速を引き起こす力は重力です。

ただし、一定の速度で円のストリング上でボールを振る場合、加速を引き起こす力は異なります。この場合、力は弦の張力によるものです。別の例は、一定の速度を維持しているが、旋回している車です。この場合、車の車輪と道路との間の摩擦が力の源です。

言い換えれば、求心力は存在しますが、物理的な原因は状況に依存します。

求心力と求心加速度の公式

求心加速度は、円運動の円の中心に直接向かう加速度の名前です。これは次によって定義されます:

a = v2 / r

どこ v 円の接線上のオブジェクトの速度です。 r 移動するサークルの半径です。サークル内のストリングに接続されたボールを振ったが、ストリングが壊れた場合にどうなるかを考えてください。ボールは、弦が切れたときの円上の位置から直線で飛びます。これにより、 v 上記の方程式で意味します。

ニュートンの2番目の法則は、力=質量×加速度であり、上記の加速度の方程式があるため、求心力は次のようになります。

F = mv2 / r

この方程式では、 m 質量を指します。

したがって、求心力を見つけるには、オブジェクトの質量、移動する円の半径、および接線速度を知る必要があります。上記の式を使用して、これらの要因に基づいて力を見つけます。速度を2乗し、質量で乗算し、結果を円の半径で除算します。

ヒント

不完全な情報で求心力を見つける

上記の方程式に必要な情報がすべて揃っていない場合、求心力を見つけることは不可能に思えるかもしれません。ただし、状況について考えると、多くの場合、力が何であるかを解決できます。

たとえば、星を周回する惑星や惑星を周回する月に作用する求心力を見つけようとしている場合、求心力は重力から来ることがわかります。これは、重力の通常の方程式を使用して、接線速度なしで求心力を見つけることができることを意味します。

F = Gm1m2 / r2

どこ m1 そして m2 大衆です G は重力定数であり、 r 2つの質量の分離です。

半径なしで求心力を計算するには、さらに情報(半径に関連する円の円周 C =2π_r、 例)または求心加速度の値。求心加速度がわかっている場合は、ニュートンの第二法則_Fを使用して求心力を直接計算できます。 = .