均一な円運動とは

均一な円運動とは、オブジェクトが完全な円の周りを一定の速度で移動することです。 完璧な例は、物理的な世界では非常にまれですが、近似には、カルーセル上のライダー、または地面に平行な円を描く振り子が含まれます。 惑星と月は均一な円運動の例としてよく引用されますが、ほとんどの惑星軌道は楕円形であり、速度が常に同じであるという要件も、運動が円形でなければならないという要件も満たしていません。

均一な円運動の重要な側面は、オブジェクトが環境に対して動いている速度が同じままである間、オブジェクトの方向が変化することです。 物理学の用語では、オブジェクトが空間を移動する速度は「速度」と呼ばれ、「速度」という用語は移動速度と移動方向の両方を同時に表します。 均一な円運動の場合、速度は一定ですが、速度は変化します。

対照的に、不均一な円運動では、オブジェクトは依然として円軌道を移動しますが、速度は一定ではありません。 たとえば、ターンに入って速度を落とし、その後出て行く速度を上げる車は、円軌道の一部を移動していますが、車の速度が変化するため、均一な円運動ではありません。

均一な円運動は、求心力と呼ばれるものによって引き起こされます。 力はプッシュまたはプルです。 求心力とは、オブジェクトが円を描くように動き続ける特定の力です。 オブジェクトを円の中心に向かって引っ張り、オブジェクトの方向、したがって速度を変更することにより、オブジェクトが直線にならないようにします。 ただし、求心力はオブジェクトが移動する方向に押したり引いたりしないため、速度は変化しません。 均一な円運動では、この求心力は常に同じ大きさを持ちます。これは、異なる形状とは対照的に、オブジェクトを円で動かし続けます。

サンプルケースを調べるために、大きな回転シリンダーの内側にライダーを縛り付けるカーニバルライドがあります。 シリンダーが設定速度で動いているとき、それらのライダーは均一な円運動をしています。 それらを内側に押す求心力は、それらに対するシリンダーの壁からの圧力で感じることができます。 シリンダーが突然消えた場合、ライダーは直線で飛びます。 幸いなことに、シリンダーを押すと、シリンダーの動きが強制的に円形になります。