匀速圆周运动哪个速度不变(匀速圆周运动是速度不变的运动吗)

从匀速直线运动的规律可知,物体通过相等的时间内,其位移的变化量是相等的,而且速度的大小和方向都不改变。将这一理论推广到匀速圆周运动中时,其表述可以为:质点通过相等的时间内,其经过圆弧的变化量也是相等的。用数学公式表达为:S=V×T,其中S为圆弧,V为质点的线速度,其方向在圆弧的切线方向,T为时间。那么,什么质点呢?

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在研究物体曲线运动的过程中,通常将物体作为质点。质点指的是一个有质量的点,只有物体的体积和大小不考虑的情况下,物体才能作为质点。根据质点的定义,我们知道,如果一个圆盘在绕着一个中心轴做匀速圆周运动时,其在同一条直线上的质点的速度大小相等吗?

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在同一条直线(或同一半径线)上的质点,在相同的时间内,它们扫过的圆弧是不相等的,根据速度V=S/T可得,圆盘周围上的质点的线速度肯定大于圆盘内质点的线速度。因此,在同有半径线上的质点的线速度是不相等的,但是每个质点都在做匀速圆周运动。

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但是,在圆盘上,同一半径上的质点的角速度却是相等的。这是因为角速度只与半径在单位时间内扫过的角度有关,跟半径的长度无关。角速度的数学公式为:ω=φ/T。式中ω为质点的角速度,φ为半径扫过的弧度,T为时间。因此,做圆周运动的物体,其角速度与线速度是可以进行巧妙的转化的。

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在数学中,弧长等于弧度乘以半径,所以φ=ω×T,再将此式乘以半径就可以得出弧长,故而它们的转化关系式就为ω×T×R=V×T,消掉等式两边的时间T,其等式就可以简化为V=ω×R。因此,物体做匀速圆周运动时,其线速度等于角速度乘以半径。虽然角速度的方向不好规定,但是线速度的方向总是沿着质点的切线方向,故而,匀速圆周运动是速度大小不变且方向时刻在变的匀变速圆周运动。

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在这里之所以说成是匀速圆周运动,是因为质点的线速度的瞬时速度大小没有变,这样的概述,也是为了人们方便理解而已。在匀速圆周运动中,质点的角速度与线速度都是描述质点转动快慢的物理量,无论是角速度还是线速度,它们的数值越大,质点转动得就越快。但是,研究物体转动快慢的物理量还有很多的,例如周期。

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周期顾名思义就是质点转动一圈所用的时间,周期越短,物体转动得越快,周期越长,物体转动得越慢。如果一个物体一秒钟内转一万圈的话,那么用周期来描述物体转动的快慢就没有任何意义了。故而,此时还得引入一个物理量,即频率。

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在物理学中,频率的大小为周期的倒数,即频率f=1/T,其单位为Hz。但是,频率的本质是指质点在单位时间内转过的圈数。其实,开过汽车的人都知道,描述发动机的速度通常用转速来表述,转速实质上同频率的表述是一样的,只是它的符号为小写的n,单位为转每秒,即r/s,因此,在实际的解题过程中,只要告诉了你的转速,就相当于告诉了频率,就可以求出质点的线速度与角速度了。

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匀速圆周运动中,是什么在改变着速度的方向呢?关于这一点,本人在下面的文章中会有详细的讲述,欢迎浏览。

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