向心加速度公式的几种推论
一、运用速率增量法推论
如图,表示速率(率)v作匀速圆周运动的物体,在时间Δt内由A点运动到B点。在这运动过程中,因为Δt特别小,可以看成是过A点切线方向速率为v的匀速直线运动和在AO方向初速率为零的匀加速直线运动的合运动。
物体过A点沿切线方向的速率为v,在AO方向上的初速率
v=0,当经过很短时间Δt内,物体由A点运动到B点,线速率
大小仍是v,但方向改变了向心加速度公式,因为方向的改变,使物体在AO方向获得了分速率vt=vsin?。这时物体在AO方向速率的增量应是:ΔV=Vt-v0=vsin?。在这段时间内,物体沿切线方向匀速运动走过的距离可看成是由E到B,即EB=V·Δt
由此得到:
又按照加速度的定义式可得:
二、运用位移合成法推论
1、如图(1)表示以速度v作匀速圆周运动的物体经
过很短时间Δt,由A点运动到B点,
于是有错误!未指定书签。AB=VΔt
当Δt小到某种程度,即AB弦与AB弧几乎重合,则有:AB弦
=AB弧=vΔt
假如物体坐落A点时,力的作用消失,则物体将沿切线方向作匀速运动,在Δt时间内经过位移vΔt。但实际上物体在Δt时间内沿圆周运动到了B点,这是因为物体还遭到向心力的作用,加速离开了切线,其位移为AF,它和过A点切线方向的位移vΔt合成上去,使物体由A联通到B。因为时间Δt很短,向心力可近似看成在过A点的直径方向,从图中可以看出:
因为:ΔABC∽ΔABF
AF所以AB?ABAC
于是AF?将式代入此式并注意AC=2R
2VAF??t所以2R上式中v、R都是常量,此时表明位移AF与时间Δt的平方成反比,符合匀加速直线运动的规律。与初速率为零的匀加速直线运动的位移公式
2S?1at2相比较,可得出匀速圆周运动的向心加速度公式
v2a?R为:
2、图(2)表示物体以速度v作匀速圆周运动的情形,在很短时间Δt内由A点运动到B点,与上题思索方式不同的是,如今把该运动过程看成是同时参与两个分运动的合运动。一个是沿切线方向上的匀速直线运动,其速率就是v,在时间Δt内物体由A点运动到C点,则
?t①AC?v·另一个是在向心力作用下沿半径BD方向做初速率为零,加速度为a的匀加速运动向心加速度公式,在相同的时间Δt
内,物体由C运动到B,
21CB?a?t2则
由几何学中圆外同一点所做切割线与切线的关系得:
2v2?t2?2R1a?t2将两式代入式得:
通分后得:
a?v2R这就是向心加速度。
三、运用速率位移公式法推论
如图表示以速度v做匀速圆周运动的物体,在极短时间Δt内由A点联通到B点。在这段运动过程中,仍看成是过A
点沿切线方向速率为v的匀速直线运动和在AO方向初速率为零的匀加速直线运动的合运动,与上述方式二、1不同的是在AO方向
2的加速运动,可应用速率与位移的关系式:vt?2aAE
则
a?
从右示图中可看出:
AE?ABsin?2
?AB?而
所以AE?
而由上述“速度增量推法一”知:vt?vsin?所以