Sprawdzian Fizyka 1 Liceum Ruch Po Okręgu Test
Ruch po okręgu to taki rodzaj ruchu, w którym ciało porusza się po torze kołowym lub okręgu. W fizyce analizujemy najczęściej dwa podstawowe rodzaje tego ruchu: jednostajny i niejednostajny.
W przypadku ruchu jednostajnego po okręgu, ciało porusza się ze stałą prędkością. Oznacza to, że zarówno wartość prędkości, jak i jej kierunek stale się zmieniają, ale wartość prędkości (jej moduł) pozostaje niezmieniona. Kierunek prędkości jest zawsze styczny do okręgu w danym punkcie trajektorii.
Kluczowym aspektem ruchu jednostajnego po okręgu jest istnienie siły dośrodkowej. Jest to siła skierowana do środka okręgu, która jest odpowiedzialna za zmianę kierunku prędkości, a tym samym utrzymanie ciała na okręgu. Gdyby nie działała ta siła, ciało poruszałoby się po linii prostej, zgodnie z pierwszą zasadą dynamiki Newtona (zasadą bezwładności).
Wielkość siły dośrodkowej obliczamy ze wzoru: $F_d = \frac{mv^2}{r}$, gdzie $m$ to masa ciała, $v$ to wartość prędkości, a $r$ to promień okręgu.
W ruchu jednostajnym po okręgu, oprócz siły dośrodkowej, często mówimy o przyspieszeniu dośrodkowym. Jest to przyspieszenie skierowane również do środka okręgu, a jego wartość wynosi $a_d = \frac{v^2}{r}$. Przyspieszenie dośrodkowe jest konsekwencją działania siły dośrodkowej ($F_d = ma_d$).
Charakterystyczną wielkością opisującą ruch po okręgu jest okres ruchu (T), czyli czas potrzebny na wykonanie jednego pełnego okrążenia. Długość okręgu to $2\pi r$. Jeśli ciało porusza się ze stałą prędkością $v$, to $v = \frac{2\pi r}{T}$. Z tego wynika, że $T = \frac{2\pi r}{v}$.
Kolejną ważną wielkością jest częstość ruchu (f), czyli liczba okrążeń wykonanych w ciągu jednej sekundy. Jest ona odwrotnie proporcjonalna do okresu: $f = \frac{1}{T}$. Jednostką częstości jest herc (Hz).
Przykład 1: Satelita krążący wokół Ziemi po orbicie zbliżonej do okręgu wykonuje ruch jednostajny po okręgu. Siłą dośrodkową jest w tym przypadku siła grawitacji.
Przykład 2: Kamień przywiązany do sznurka, który obracamy w dłoni w poziomie, porusza się po okręgu. Siłą dośrodkową jest siła naciągu sznurka.
W przypadku ruchu niejednostajnego po okręgu, wartość prędkości ciała zmienia się. Nadal istnieje siła dośrodkowa (lub jej składowa) utrzymująca ciało na okręgu, ale pojawia się również przyspieszenie styczne, które zmienia wartość prędkości. Siła wypadkowa nie jest już skierowana dokładnie do środka okręgu.
Ruch po okręgu ma liczne zastosowania w świecie rzeczywistym. Obejmują one ruch planet wokół gwiazd, ruch elektronów wokół jądra atomu (w uproszczonych modelach), działanie pralek (wirówka), jazdę na karuzeli, a także projektowanie torów kolejowych czy samochodowych, gdzie uwzględnia się siły działające na pojazdy podczas zakrętów.
