切向加速度vs向心加速度
加速度是速度的變化率,當用微積分表示時,它是速度的時間導數。切向加速度和向心加速度是質點或剛體圓周運動加速度的組成部分。
切向加速度
考慮一個粒子沿著路徑移動,如圖所示。在考慮的情況下,粒子處於角運動狀態,粒子的速度與路徑相切。
切向速度的變化率定義為切向加速度,用at表示。
at=dvt/dt
但是,這並不能解釋粒子的總加速度。根據牛頓第一定律,質點偏離直線路徑並轉動,必須有另一個力;因此,我們可以推斷,必須有一個加速度分量垂直於切向加速度分量,即指向所示實例的點O。這個加速度分量被稱為法向加速度,用一個。
an=vt2/r
如果ut和un是切向和法向上的單位矢量,則合成加速度可由以下表達式給出。
a=atut+anun=(dvt/dt)ut+(vt2/r)un
向心加速度
現在考慮誘導法向加速度的力是恆定的。在這種情況下,粒子進入半徑為r的圓路徑,這是角運動的一種特殊情況,法向加速度被賦予向心加速度。驅動圓周運動的力稱為向心力。
向心加速度也由上面的表達式給出,但是速度和加速度的角關係可以用角速度來表示。
因此,
ac=vt2/r=-rω2
(負號表示加速度指向半徑矢量的相反方向)
淨加速度可由ac和at兩個分量之和得到。
切向加速度和向心加速度有什麼區別?
•切向加速度和向心加速度是質點/物體圓周運動加速度的兩個組成部分。
•切向加速度是切向速度的變化率,它始終與圓軌跡相切,並垂直於半徑矢量。
•向心加速度指向圓的中心,該加速度分量是使粒子保持在圓形路徑上的主要因素。