Kas piešķir centrtieces paātrinājumu diegā iekārtai lodītei?
Apskatīt video Khan Academy platformā: 
Identifying centripetal force for ball on string
- [Pasniedzējs] Šajā video mēs aplūkosim
Transkripts:
00:00
- [Pasniedzējs] Šajā video mēs aplūkosim
00:01
pēc iespējas vairāk dažādu gadījumu,
00:03
kuros objekts veic vienmērīgu kustību pa riņķa līniju,
00:07
tas kustas pa apli ar nemainīgu ātrumu,
00:10
un mēs gribam padomāt par to,
00:13
kāpēc tas paliek uz riņķa līnijas,
00:15
kāds centrtieces spēks notur objektu,
00:17
neļaujot tam kustēties pa taisni?
00:21
Šajā pirmajā gadījumā man ir kaut kāds ritenis,
00:24
varbūt bumbiņa, kas piesieta auklai,
00:27
kura ir piestiprināta pie mietiņa galda centrā,
00:30
un šis ritenis kustas pa apli ar nemainīgu ātrumu,
00:35
tas kustas pa šo apli ar nemainīgu ātrumu,
00:38
tāpēc apturi šo video un padomā par visiem spēkiem,
00:40
kas iedarbojas uz šo riteni, un kurš no šiem spēkiem
00:44
vai varbūt kāda šo spēku kombinācija
00:47
faktiski darbojas kā centrtieces spēks,
00:50
kas notur riteni uz riņķa līnijas.
00:54
Labi, tagad izpētīsim to kopā.
00:56
Tātad, ir pāris spēku, kas īpaši neietekmē
00:59
to, ka ritenis paliek uz riņķa līnijas, bet tie pastāv.
01:03
Piemēram, noteikti būs
01:05
gravitācijas spēks.
01:06
Mēs pieņemam, ka šis ritenis atrodas uz planētas,
01:09
tāpēc tā lielumu apzīmēsim
01:14
ar lielo F ar indeksu g,
01:16
un šī oranžā bulta norāda tā virzienu.
01:19
Tas ir gravitācijas spēks,
01:21
un iemesls, kāpēc ritenis nepaātrinās uz leju,
01:25
ir tas, ka tur ir galds,
01:26
tātad galds iedarbojas
01:29
ar normālo spēku uz riteni,
01:31
kas līdzsvaro gravitācijas spēku.
01:34
Tātad tā lielums būtu spēks, normālais spēks,
01:38
un tiem būs vienāds lielums,
01:40
tie būs tikai vērsti dažādos virzienos.
01:42
Paskatīšos, vai varu uzzīmēt šo bultu
01:44
nedaudz garāku. Bet kas vēl notiek?
01:48
Nu, kā jau vari iedomāties, ja šīs auklas te nebūtu,
01:51
ritenis tiešām kustētos pa taisni
01:53
un galu galā nokristu no galda.
01:55
Tātad aukla rada uz iekšu vērstu spēku,
01:59
kas notur riteni kustībā pa riņķa līniju,
02:04
un šo uz iekšu vērsto spēku, šo velkošo spēku,
02:06
mēs uzskatītu par sastiepuma spēku.
02:09
Es to uzzīmēšu šādi,
02:11
un tā lielums ir F ar indeksu T.
02:14
Šajā situācijā tas rada šo uz iekšu vērsto spēku,
02:17
tātad tas ir centrtieces spēks.
02:19
Tātad varam teikt, ka sastiepuma spēka,
02:23
šī velkošā spēka lielums,
02:26
būs vienāds ar centrtieces spēku.
02:29
Šajā gadījumā tas faktiski ir viens un tas pats vektors,
02:32
tāpēc varu to uzrakstīt pat šādi:
02:34
šis ir centrtieces spēka vektors,
02:36
tas ir sastiepuma spēks šajā auklā,
02:38
kas liek mums kustēties pa apli.
02:40
Apskatīsim vēl vienu piemēru.
02:45
Šis būs līdzīgs,
02:47
bet tajā būs vēl dažas dimensijas.
02:50
Šis ir klasisks piemērs no fizikas:
02:53
man ir aukla, kas piestiprināta pie griestiem,
02:55
un man ir kaut kāda bumbiņa vai svārsts,
02:58
un tas veic apļveida... apļveida kustību
03:02
tieši šeit ar nemainīgu ātrumu.
03:05
Tā apļa centrs būtu apmēram tur.
03:09
Tāpēc vēlreiz apturi šo video,
03:10
padomā par visiem spēkiem, kas iedarbojas uz šo bumbiņu,
03:13
un mēs pārāk daudz nerunāsim par gaisa pretestību,
03:15
pieņemsim, ka pagaidām tie atrodas vakuuma kamerās,
03:18
un tad padomā, nu, kurš no šiem spēkiem
03:20
rada centrtieces spēku?
03:24
Nu, tāpat kā iepriekšējā video,
03:25
noteikti darbojas gravitācijas spēks.
03:28
Tātad tev ir tas vektors tieši tur,
03:32
un tā lielums ir F ar indeksu g.
03:35
Aukla arī notur bumbiņu,
03:38
un tātad būs tās velkošais spēks
03:41
uz... tātad šis būtu...
03:44
Tā lielums šeit būtu F ar indeksu T,
03:46
šis ir sastiepuma spēks.
03:49
Bet kas līdzsvaro gravitācijas spēku,
03:50
un kas liek mums kustēties pa apli?
03:53
Nu, šajā situācijā mēs varam aplūkot
03:55
dažādās sastiepuma spēka komponentes,
03:58
jo tas ir vērsts leņķī.
04:00
Ja mēs sadalām šo vektoru vertikālajā virzienā,
04:05
tātad, ja ņemam vertikālo komponenti,
04:07
jeb sastiepuma spēka y komponenti,
04:11
tā izskatītos apmēram šādi.
04:12
Mēs to varētu saukt par F T y,
04:16
y komponentei, šis būtu tās lielums,
04:19
un tas ir tas, kas līdzsvaro gravitācijas spēku,
04:21
kāpēc bumbiņa nepaātrinās uz leju.
04:24
Ja mēs aplūkojam sastiepuma spēka x komponenti,
04:29
tā būtu šī, tieši šeit.
04:33
Šī ir sastiepuma spēka x komponente.
04:35
Tikai, lai būtu skaidrs, no kurienes es to ņemu.
04:37
Tātad tas būtu F sastiepums x virzienā,
04:40
tas būtu tā lielums,
04:42
un tas ir tas, kas rada centrtieces spēku,
04:45
jeb tas ir centrtieces spēks. Tātad šajā situācijā,
04:50
mūsu sastiepuma spēka komponente x virzienā,
04:53
un ļaujiet man to apzīmēt kā vektoru,
04:56
ir mūsu centrtieces spēks.
05:00
Tas ir tas, kas notur bumbiņu,
05:01
neļaujot tai vienkārši aiziet taisni šādā virzienā.
Eksperta komentārs
Video aplūkotas divas situācijas, kad ķermenis vienmērīgi rotē pa riņķa līniju, akcentējot katrā situācija, kāds spēks piešķir objektam centrtieces paātrinājumu, noturot to uz riņķa līnijas un novirzot no taisnlīnijas trajektorijas.
Situācija 1. Horizontālā galda centrā iesprausts mietiņš, pie kura diegā piesiets ritenis. Ritenis kustas ar nemainīgu ātrumu apkārt mietiņam. Aplūkoti spēki, kas darbojas uz riteni (smaguma spēks, balsta reakcijas spēks, diega sastiepuma spēks). Tieši diega sastiepuma spēks nodrošina centrtieces paātrinājumu ritenim.
Situācija 2. Klasisks piemērs no fizikas - diegā iekārta lodīte rotē horizontālajā plaknē. Aplūkoti spēki, kas darbojas uz lodīti (smaguma spēks, diega sastiepuma spēks). Diega sastiepuma spēks tiek sadalīts vertikālajā un horizontālajā komponentēs. Šajā situācijā tieši diega sastiepuma spēka horizontālā komponente nodrošina centrtieces paātrinājumu lodītei.
Jēdzieni: smaguma spēks, balsta reakcijas spēks, diega sastiepuma spēks, spēku komponentes, centrtieces paātrinājums.