Co to jest przyspieszenie styczne?
Wiele obiektów porusza się ruchem okrężnym. Należą do nich łyżwiarze, samochody i planety. Pod koniec XVI wieku Isaac Newton badał ruch kołowy i zdefiniował kilka nowych właściwości tych układów. Przyspieszenie styczne jest jednym z wielu składników, które wyprowadził.
Newton zauważył, że obiekt raz w ruchu będzie poruszał się w linii prostej, chyba że zastosowana zostanie siła zewnętrzna. Obiekt poruszający się po kolistej ścieżce podlega sile, która ciągnie lub popycha w kierunku środka koła, zwanej siłą normalną lub dośrodkową. Żadna z tych sił nie jest na zakrzywionej ścieżce. Są stale pod kątem prostym do siebie.
W ruchu liniowym obiekt raz wprawiony w ruch pozostanie w ruchu, chyba że zostanie na niego oddziaływana inna siła. Dodatkowa energia nie jest wymagana. Nie dotyczy to ruchu kołowego.
Obiekt poruszający się po okręgu ze stałą prędkością, mierzoną w obrotach na minutę, ma stałą prędkość styczną i stałą prędkość kątową. W ruchu liniowym, gdy prędkość jest stała, przyspieszenie wynosi zero. Przyspieszenie styczne jest dodatnie. Energia jest potrzebna do ciągłego zmieniania kierunku.
Przyspieszenie styczne jest równe kwadratowej prędkości stycznej podzielonej przez promień. Jest on również obliczany na podstawie promienia razy kwadratowej prędkości kątowej. Z tych równań można zrobić dwie obserwacje dotyczące przyspieszenia stycznego. Przyspieszenie liniowe jest współczynnikiem tylko prędkości, natomiast przyspieszenie styczne jest współczynnikiem prędkości do kwadratu. Wrażenie prędkości jest znacznie silniejsze w obracającym się samochodzie niż w samochodzie, który porusza się z tą samą prędkością liniową w kierunku liniowym.
Przyspieszenie styczne jest współczynnikiem promienia. W miarę zwiększania się promienia przyspieszenie styczne zmniejsza się dla tej samej prędkości kątowej. Inaczej mówiąc, gdy promień zmniejsza się, bez dodatkowego wkładu energii, prędkość kątowa wzrasta.
Ludzie na co dzień korzystają z praw ruchu stosowanych do ścieżek kołowych lub zakrzywionych. Wykwalifikowani kierowcy najpierw zwalniają, a następnie delikatnie wciskają pedał gazu podczas ciasnych zakrętów. Dodatkowa energia sprawia, że koła toczą się do przodu zamiast poślizgnąć się w bok.
Poślizg występuje, gdy maleje siła dośrodkowa, która zasila przyspieszenie styczne. Łyżwiarze wsuwają ręce i wolną nogę blisko ciała, aby szybciej się obracać. Kilka misji kosmicznych wykorzystało grawitacyjne przyciąganie Księżyca lub innych ciał niebieskich do przyspieszenia kapsuły kosmicznej na pożądaną zakrzywioną ścieżkę.