公式推导:圆周运动。
各位同学,大家晚上好,老方又来了。今天老方给大家带来的是圆周运动公式的推导或者它的由来。
·首先来看一下对于匀速圆周运动来讲,这个过程中会发现会引入一个东西叫角速度。什么叫角速度?首先来看角速度,角速度的定义是叫单位时间内走过的角度,所以这个时候实际上是不是w=0/7,叫单位时间内走过的角度。
而这个时候如果走完一整个圆,实际上是不是一个周期,而这个周期所对应的弧度实际上是不是2T,所以又等于2/7,所以角速度的定义就出来了。
·紧接来看一下平时所说的叫速度,对于圆周运动来讲,给它定义的速度称之为线速度,所以这个时候给它一个线速度的定义。线速度是怎么定义?叫单位时间内走过的弧长,所以是弧长除以时间。而弧长的表达式实际上是不是应该是等于多少?等于0R。
在初中数学里面是有学过的,0R/t,走完一圈实际上是不是应该是就是一个2T,所以给大家总结一下是不是2TR除以一个T,走完一圈是不是周期是T,它们之间是不是有一定的关系,这个关系称之为角线关系。角线关系是不是v=wR,所以这个是角线关系。
·紧接来到另外一个速度,就是加速度,加速度会比较复杂一点,加速度给它一个定义,实际上是不是等于△V/△t,这是从定义入手的。
在这个图中怎么去分析?这个时候来看一下,稍微画一个草图,把这个圆拿出来分析,这个时候取一个时间非常小,这个时候会发现,假设这个C塔非常小,C塔很小,从A走到B这一条斜线,这个时候把它连一下。
由于时间非常短,A到B的距离是不是可以看作是水平匀速运动?是不是可以看作是这样?就像在地球上,地球实际上是一个圆的,但是由于这个时候会发现是不是半径非常的大,就等于夹角非常小,这个时候是不是水平所走了一段距离?实际上是不是等于vt?但是这一段实际上是不是一个曲面?
所以这一段距离实际上是不是可以看作是一条直线?可以看做是一条直线,就A到B的曲面可以看作是A-B的这条直线。这个时候会发现把它的速度也稍微做一个平移,速度是不是有一个水平方向的速度Vo?末速度实际上是不是跟半径是垂直的?这个是线速度的定义,线速度是垂直于半径的,所以这个速度也是Vo。
这个时候又发现速度变化量,速度变化量怎么定义?△V=Vt-Vo,这个时候是不是可以写成Vt+(-Vo),是不是有这么一个关系?此时会发现末速度实际上是不是这个方向是不是Vo?-Vo实际上是不是水平向左?是不是有这么一个关系?
所以此时会发现两个是不是加起来加上-Vo,实际上是不是应该是初到末的一个有限线段?所以这一条实际上是不是就是△V?△V实际上就是所说的速度变化量,就是这么来的,这一条就是速度变化量。所以此时会发现把它连起来,这一条是速度变化量。
此时来看一下这个三角形与这个三角形,这个三角形里面,首先这个时候是不是应该是这是尺,这是不是也是尺,这也是速度Vo是吧?如果夹角相等是不是说明它相似,那么刚好是不是应该是有一个速度的偏转角等于圆积角,因为这个90,这个加这个90说明这个夹角0,所以就可以发现此时这个三角形和这个三角形是相似的,是相似的。
那相似是不是应该是就有一个比例关系,所以比例关系实际上是不是应该是△V比上什么?比上这个时候AB的长度,AB的长度刚刚讲了,由于时间非常短,可以看做是一条直线,而且这个时候这条直线的距离实际上是不是等于VoX△t,可以看出来一整条是不是匀速的,所以这个时候是不是应该是又等于什么?又等于这个时候是不是应该是这个Vo,Vo比上什么?比上R。
这个时候又发现得出了这么一个规律,所以△V/△t实际上是等于加速度,又会等于啥?所以这个公式是不是这么来的?所以得出了这么一个公式之后,这个表达式里面实际上是不是等于V2/R,那v本身又等于什么?所以这个时候你会(a=)(wR)2/尺,实际上是不是等于w2R,是不是又有这么一个关系式,那w=2/t,所以是不是就有了加速度,而这个加速称之为向心加速度。
向心加速度,那么如果说要求向心力,实际上是不是质量乘以向心加速度,所以就是F=ma,是不是等于mw2R、mv2 R、m(2元/T)2×尺,所以这个时候你会发现公式,首先你要知道它如何推导,最重要的是要记熟它。
所以这个就讲到公式的由来,今天就大概分享到这边,感谢大家的关注,谢谢大家。
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