切向加速度vs向心加速度
加速度是速度的变化率,当用微积分表示时,它是速度的时间导数。切向加速度和向心加速度是质点或刚体圆周运动加速度的组成部分。
切向加速度
考虑一个粒子沿着路径移动,如图所示。在考虑的情况下,粒子处于角运动状态,粒子的速度与路径相切。
切向速度的变化率定义为切向加速度,用at表示。
at=dvt/dt
但是,这并不能解释粒子的总加速度。根据牛顿第一定律,质点偏离直线路径并转动,必须有另一个力;因此,我们可以推断,必须有一个加速度分量垂直于切向加速度分量,即指向所示实例的点O。这个加速度分量被称为法向加速度,用一个。
an=vt2/r
如果ut和un是切向和法向上的单位矢量,则合成加速度可由以下表达式给出。
a=atut+anun=(dvt/dt)ut+(vt2/r)un
向心加速度
现在考虑诱导法向加速度的力是恒定的。在这种情况下,粒子进入半径为r的圆路径,这是角运动的一种特殊情况,法向加速度被赋予向心加速度。驱动圆周运动的力称为向心力。
向心加速度也由上面的表达式给出,但是速度和加速度的角关系可以用角速度来表示。
因此,
ac=vt2/r=-rω2
(负号表示加速度指向半径矢量的相反方向)
净加速度可由ac和at两个分量之和得到。
切向加速度和向心加速度有什么区别?
•切向加速度和向心加速度是质点/物体圆周运动加速度的两个组成部分。
•切向加速度是切向速度的变化率,它始终与圆轨迹相切,并垂直于半径矢量。
•向心加速度指向圆的中心,该加速度分量是使粒子保持在圆形路径上的主要因素。