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热文:角速度单位(角速度的单位符号)

2022-09-22 22:43:12 来源:刀哥百科

角速度的单位(角速度的单位符号)

切向速度是在与沿曲线运动的物体相切的任何点上测量的。因此,角速度ω与切向速度Vt的关系可以表示为Vt =ωr,其中R为曲线运动的半径。任何时候测得的圆周运动分量就是切向速度。顾名思义,切向速度描述的是物体沿圆周的运动,并且总是与圆周相切。


(相关资料图)

众所周知,从行驶的汽车上跳下来是非常危险和刺激的。孩子可能会在9岁的时候体验一下从旋转木马上跳下来的感觉——如果兄弟姐妹没有把你踢开的话。除了感受到一秒的恐惧和泥土的味道,我还经常在想,为什么我从边缘飞过来的距离,比孩子从中间飞过来的距离要远。

废话少说,让我们进入本文的主题:切向速度!

首先,切线是什么?

切线是一条与函数上的一点相切的直线。这里的函数,定义为任意非线性曲线,代表一个方程——平面直角坐标系中x和y的关系。

例如,考虑我们最熟悉的曲线:圆。圆是由一个标准方程定义的。这意味着对于一个固定的半径R,x和y的指定值将画出一个美丽的弧线,就像它在蛇的末端所做的那样。

插图:以原点为圆心的圆。

为简单起见,我考虑一个圆心在原点的圆,即圆心在(0,0),其中R为半径,即原点到圆周的距离。

插图:非线性路径每一侧的切线。

顾名思义,切向速度描述的是物体沿圆周的运动,物体在圆周上任意一点的方向总是与圆周相切。然而,这一概念并不局限于匀速圆周运动,而是适用于所有非线性运动。如果一个物体通过非线性曲线从A点移动到B点,红色箭头表示轨迹上每个点的切向速度。

让我们继续研究这个圈子。

切向速度公式

首先计算角位移Q,它是物体做圆周运动时,圆弧轨迹S的长度与物体半径R的比值,即圆弧投影下从中心开始并连接其两端的两条线之间的角部分,单位为弧度。

它是物体角位移的变化率,用ω表示,其标准单位是弧度每秒(rad/s)。与线速度不同,它只适用于圆周运动,本质上是角位移扫过的速率。

图示:匀速圆周运动中线速度或切向速度的推导。

角速度的线性分量就是线速度,即物体线位移的变化率。线位移就是上面提到的圆弧轨迹的长度,半径R和角位移Q的乘积的导数就是物体的线速度。是半径常数,不包含在运算中;物体的线速度是角速度和圆弧轨迹半径的乘积。

圆形物体在任意时刻的线速度等于其切向速度!

线速度也可以用周期来定义。如果把物体绕一个圆旋转所需的时间定义为一个周期,那么其圆周运动的速度就是s/t(距离/时间)。

图示:线速度或切向速度V与周期t关系的推导。

t的倒数叫做频率,是每秒的周期数,用f表示,2pf的乘积叫做角频率,用w表示,有助于我们得到前面的结果。

矢积

注意,切向速度是一个既有大小又有方向的矢量。符号上方的箭头表示向量。即使切向速度的方向不断变化,矢量积也是不变的。所有的矢量都可以写成两个矢量的矢量积,即两个矢量的长度和它们之间夹角的正弦的乘积。矢量积的方向垂直于原来的两个矢量。

图示:为什么切向速度的值不随方向的变化而变化?也就是说,任意一点的切向速度都有相同的值,但方向不同。

我们需要计算矢量积的是半径r和角速度ω。根据右手定则,如果右手握住转轴,手指向物体旋转的方向旋转,拇指指向角速度的方向,明显与半径垂直。而且因为90度角的正弦值是1,所以在圆周上任意一点得到的两者的矢量积会一直保持不变。

有趣的是,物体在圆周内和圆周周围的角速度相同,但切向速度不同。如其公式所示。这是因为半径的不同。因此,从旋转木马侧面飞的人比从里面飞的人飞得更快,摔得更远。

图示:离圆心越远,线速度越大。

为什么要研究这个问题?

切向速度适用于许多情况,包括所有非线性运动。比如突然从秋千上跳下来,卫星(或者地球本身)偏离了它的圆形轨道。或者卫星地球的圆周运动发生在一个神秘的区域,在这个区域内,向内拉它的向心力被直线向前推的线速度抵消。

插图:由于地球的线性或切向速度,地球也按比例缩放空。

但是,如果地球或者太阳突然消失,我们的圆周运动就停止了,因为线速度的原因,我们立刻被抛入深渊空。当重力消失时,我们会画一条直线,这条直线就是切线。

参考数据

1.维基百科全书

2.天文术语

3.多米科学

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关键词: 切向速度 圆周运动 顾名思义