包括匀速圆周运动和变速圆周运动,运动轨迹为圆,这里匀速和变速,指的是速度大小。速度方向一直在变化。速度分为线速度和角速度,线速度方向为圆的切线方向。对于匀速圆周运动,所受合力为指向圆心的向心力,该力只改变速度方向。对于变速圆周运动,受到向心力和切线方向的力共同作用,其中切线方向的力改变线速度的大小。
如果物体要做圆周运动,就需要有向心力,因为基于牛顿第一定律,力是运动状态改变的原因,圆周运动一直在改变运动方向,向心力是改变运动方向的原因。
圆周运动公式不多,但物理意义理解起来,却比平抛运动要难一些。
因而要学好圆周运动,需要整理理解物理意义,不然总会模模糊糊,遇到复杂的场景就会无法分析。
之前力改变运动状态,基本都是改变速度大小,力越大,速度大小改变越快。
对于圆周运动,速度改变的是方向,且速度越大,即转动的越快,速度方向改变的越快。向心力是改变速度方向的,所以速度方向改变越快,所需的向心力越大。这个和我们平时玩的时候甩动一个东西的感受是一致的。
但向心力和半径的关系,则不是独立的,需要和速度一起考虑,不能有半径越大向心力越大之类的说法。
一般分析向心力时,不考虑阻力,即匀速圆周运动。如果考虑阻力时,就有了一个沿切线和线速度方向相反的力,会使转速下降,同时向心力也会变小。而如果有个动力,即一个沿切线和线速度方向相同的力,会使转速上升,同时向心力也会变大。此时合力F如下图所示。
在做向心力分析时,需要明白那个力或哪几个力真正提供了向心力,哪些力其实没有提供向心力或者起了反作用。
比如下面这个图:
向心力是由拉力F提供的,重力和向心力垂直,拉力F需要有向上的分力平衡重力。
在下面汽车过桥面时,重力提供向心力,这是对桥面的压力会变小,可见力不能一心二用,用于改变运动方向,就不能在施加压力给桥面了。