怎麼求垂直於速度的力改變速度方向角度的大小?

時間 2021-06-06 19:23:23

1樓:No Vacancy

一般來說,高中階段會用弧度制來代替角度制,換算關係就是 ,比如 , 是弧度制的單位,一般可省略.

弧度制詳情請參見數學書,我這裡就不展開了,如果你沒學過你就掌握上面這個簡單換算就行了.

我們先看速度、加速度,我們知道,速度是衡量位移變化的快慢程度的物理量,加速度是衡量速度變化快慢程度的物理量。

而在圓周運動中,瞬時速度似乎使用位移計算較為不便,所以我們可以用角度來計算,這樣就會方便很多。所以我們定義角速度是衡量角度變化快慢程度的物理量,定義角加速度是衡量角速度變化快慢的物理量,其中角速度和速度可以互相模擬,角加速度和加速度可以互相模擬。

具體的物理表示式為:定義瞬時角速度 ,瞬時角加速度 .

角加速度平常你基本看不到,高中物理基本不會涉及,但如果你搞競賽的話這傢伙在角動量中的出現頻率會很高.

由於是瞬時角速度和角加速度,所以分子分母都很小,趨近於0但不等於0.

鋪墊完畢,我把你的問題簡化一下,就是求」垂直於速度方向的加速度對速度方向變化的影響「,高中物理課內能用的例子也就乙個圓周運動,我們就以此為例說一下.先畫個圖:

如圖所示,我們知道圓周運動中,質點在某處的速度方向即該處的切線方向.設在 時刻質點位於途中的C位置,速度向量為 ,加速度向量為 ,在 時刻質點位於E處,速度向量為 ,加速度向量為 .設從 的 時間間隔內,質點轉過的圓心角為 ,如圖所示.

則通過幾何關係易知,速度向量轉過的角度亦為.

由於在此處,我們令 很小,那麼 也很小,我們又知道圓周運動中速度只改變方向,不改變大小,不妨令 ,同樣加速度也只有方向改變,令 .

在由 構成的向量三角形中,由於夾角很小,所以另外兩個角可以看作是直角,所以在夾角趨於0時這是個等腰三角形且底角均為直角(這個結論可能會對你的世界觀造成打擊,但是在夾角趨於0時確實是這樣).所以 所代表的線段可視作為半徑為 的圓中圓心角 對應的一小段弧,由弧長公式可以得到: .

值得注意的是,這裡 , ,不要把」速度變化量的大小「和「速度大小的變化量」搞混了,否則你的認識可能會有偏差.

我們由角速度的定義式可知:

由加速度的定義式可知:

聯立可得:

的單位就是 ,應該就是你題中提到的那個物理量, 就是加速度大小, 是作圓周運動的線速度大小.

換個角度,設 時間內轉過的弧長為 ,由弧長公式同樣可得 ,弧長的變化是由速度對時間積累造成的,極短時間內有 ,所以聯立可得 .所以我們依據推出來的公式,進一步可得到連等式:

想怎麼求就怎麼求.

注:以上推導過程僅適用於勻速圓周運動,比較嚴謹的式子應該是 , 角速度方向用右手定則判斷..

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