Vinkelacceleration Hur man beräknar det och exempel

3822
David Holt
Vinkelacceleration Hur man beräknar det och exempel

De vinkelacceleration är variationen som påverkar vinkelhastigheten med hänsyn till en tidsenhet. Det representeras av den grekiska bokstaven alfa, α. Vinkelacceleration är en vektormängd; därför består den av modul, riktning och känsla.

Måttenheten för vinkelacceleration i det internationella systemet är radianen per sekund i kvadrat. På detta sätt gör vinkelacceleration det möjligt att bestämma hur vinkelhastigheten varierar över tiden. Vinkelacceleration kopplad till jämnt accelererade cirkulära rörelser studeras ofta.

Vinkelacceleration appliceras på pariserhjulet

I en jämnt accelererad cirkelrörelse är således vinkelaccelerationens konstant. Tvärtom, i en jämn cirkelrörelse är värdet på vinkelacceleration noll. Vinkelacceleration är ekvivalent i cirkelrörelse till tangentiell eller linjär acceleration i raklinjig rörelse..

Faktum är att dess värde är direkt proportionellt mot värdet på den tangentiella accelerationen. Ju större vinkelacceleration av en cykels hjul är, desto större är accelerationen..

Därför förekommer vinkelacceleration både i hjulen på en cykel och i hjulen på något annat fordon, så länge det finns en variation i hjulets rotationshastighet..

På samma sätt är vinkelacceleration också närvarande i ett pariserhjul, eftersom det upplever en jämnt accelererad cirkelrörelse när den börjar sin rörelse. Naturligtvis kan vinkelacceleration också hittas på en karusell.

Artikelindex

  • 1 Hur man beräknar vinkelacceleration?
    • 1.1 Jämnt accelererad cirkulär rörelse
    • 1.2 Moment och vinkelacceleration
  • 2 Exempel
    • 2.1 Första exemplet
    • 2.2 Andra exemplet
    • 2.3 Tredje exemplet
  • 3 Referenser

Hur man beräknar vinkelacceleration?

I allmänhet definieras den momentana vinkelacceleration från följande uttryck:

a = dω / dt

I denna formel är ω vinkelhastighetsvektorn och t är tiden.

Den genomsnittliga vinkelacceleration kan också beräknas från följande uttryck:

α = ∆ω / ∆t

För det specifika fallet med en plan rörelse händer det att både vinkelhastigheten och vinkelacceleration är vektorer med en riktning vinkelrät mot rörelseplanet..

Å andra sidan kan vinkelaccelerationens modul beräknas från linjäracceleration med hjälp av följande uttryck:

a = a / R

I denna formel är a tangentiell eller linjär acceleration; och R är cirkulationsrörelsens gyrationsradie.

Jämnt accelererad cirkulär rörelse

Som redan nämnts ovan finns vinkelacceleration i jämnt accelererad cirkelrörelse. Av denna anledning är det intressant att känna till ekvationerna som styr denna rörelse:

ω = ω0 + α ∙ t

θ = θ0 + ω0 ∙ t + 0,5 ∙ α ∙ ttvå

ωtvå = ω0två + 2 ∙ α ∙ (θ - θ0)

I dessa uttryck är θ vinkeln i cirkelrörelsen, θ0 är den initiala vinkeln, ω0 är den initiala vinkelhastigheten och ω är vinkelhastigheten.

Moment och vinkelacceleration

I fallet med linjär rörelse, enligt Newtons andra lag, krävs en kraft för att en kropp ska få en viss acceleration. Denna kraft är resultatet av att multiplicera kroppens massa och den acceleration den har upplevt.

I fallet med en cirkelrörelse kallas dock den kraft som krävs för att ge vinkelacceleration vridmoment. I slutändan kan vridmoment förstås som en vinkelkraft. Det betecknas med den grekiska bokstaven τ (uttalas "tau").

På samma sätt måste man ta hänsyn till att i en rotationsrörelse spelar kroppens tröghetsmoment I rollen som massa i linjär rörelse. På detta sätt beräknas vridmomentet för en cirkelrörelse med följande uttryck:

τ = I α

I detta uttryck är jag kroppens tröghetsmoment med avseende på rotationsaxeln.

Exempel

Första exemplet

Bestäm den momentana vinkelacceleration för en kropp som rör sig i en rotationsrörelse, givet ett uttryck för dess position i rotationen the (t) = 4 t3 i. (Jag är enhetsvektorn i x-axelns riktning).

På samma sätt bestämmer du värdet på den momentana vinkelacceleration när 10 sekunder har gått från rörelsens början.

Lösning

Från positionens uttryck kan uttrycket för vinkelhastigheten erhållas:

ω (t) = d Θ / dt = 12 ttvåi (rad / s)

När den momentana vinkelhastigheten har beräknats kan den momentana vinkelacceleration beräknas som en funktion av tiden.

a (t) = dω / dt = 24 ti (rad / stvå)

För att beräkna värdet av den momentana vinkelacceleration när 10 sekunder har gått, är det bara nödvändigt att ersätta tidens värde i föregående resultat.

a (10) = = 240 i (rad / stvå)

Andra exemplet

Bestäm medelvinkelacceleration för en kropp som upplever en cirkelrörelse, med vetskap om att dess ursprungliga vinkelhastighet var 40 rad / s och att den efter 20 sekunder har nått vinkelhastigheten på 120 rad / s.

Lösning

Från följande uttryck kan den genomsnittliga vinkelacceleration beräknas:

α = ∆ω / ∆t

α = (ωF  - ω0) / (tF - t0 ) = (120 - 40) / 20 = 4 rad / s

Tredje exemplet

Vad blir vinkelaccelerationen för ett pariserhjul som börjar röra sig i en jämnt accelererad cirkelrörelse tills den efter 10 sekunder når en vinkelhastighet på 3 varv per minut? Vad blir tangentiell acceleration av cirkelrörelsen under den tidsperioden? Pariserhjulets radie är 20 meter.

Lösning

Först är det nödvändigt att omvandla vinkelhastigheten från varv per minut till radianer per sekund. För detta utförs följande omvandling:

ωF = 3 rpm = 3 ∙ (2 ∙ ∏) / 60 = ∏ / 10 rad / s

När denna omvandling har genomförts är det möjligt att beräkna vinkelacceleration eftersom:

ω = ω0 + α ∙ t

∏ / 10 = 0 + α ∙ 10

α = ∏ / 100 rad / stvå

Och den tangentiella accelerationen är resultatet av att man använder följande uttryck:

a = a / R

a = α ∙ R = 20 ∙ ∏ / 100 = ∏ / 5 m / stvå

Referenser

  1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fysik Volym 1. Cecsa.
  2. Thomas Wallace Wright (1896). Element av mekanik inklusive kinematik, kinetik och statik. E och FN Spon.
  3. P. P. Teodorescu (2007). "Kinematik". Mekaniska system, klassiska modeller: partikelmekanik. Springer.
  4. Kinematik i den styva kroppen. (n.d.). På Wikipedia. Hämtad den 30 april 2018 från es.wikipedia.org.
  5. Vinkelacceleration. (n.d.). På Wikipedia. Hämtad den 30 april 2018 från es.wikipedia.org.
  6. Resnick, Robert & Halliday, David (2004). Fysik 4: e. CECSA, Mexiko
  7. Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Fysik för forskare och ingenjörer (Sjätte upplagan). Brooks / Cole.

Ingen har kommenterat den här artikeln än.