圆周运动向心加速度物理意义的理论分析

2012-01-23 06:13:12陈晓英
物理通报 2012年9期
关键词:方向

陈晓英

(绵阳中学 四川 绵阳 621000)

在高中阶段我们只讨论了匀速圆周运动.描述匀速圆周运动的物理量有角速度、线速度、周期、向心加速度.匀速圆周运动的“速”指的是速率,也就是速度的大小,那么,如果是速度大小改变的圆周运动呢?

对于一般的曲线运动,可建立极坐标系来分析其运动规律,如图1.

图1

甲、乙两物体都做圆周运动,且ω相同,r不同,它们在任意时间内速度方向改变的快慢是相同的,但由于速度方向改变而产生的加速度却是不同的.这也说明对于质量相同的两个物体,要让速度方向在相同的时间内发生相同的改变,速度大的物体需要的力更大一些,这也跟生活经验相符合.显然,这与物体惯性大小是两码事.

对于做变速圆周运动,最好的例子就是单摆,如图2所示.

图2

A是偏离平衡位置最远位置.很显然,由A到O′过程中物体速度越来越大,因此,物体在任意位置的加速度,首先应包括做圆周运动由于速度方向发生过变化而产生的加速度a2,方向指向圆心O点,同时由于速度越来越大,因此有一个由于速度大小改变而产生的加速度a1,沿切线方向,而合加速度就应是a1,a2的矢量和,而要求得a1,a2的具体大小,则需要建立小球的运动微分方程了.


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