Co to jest jednolity ruch kołowy?

Jednolity ruch kołowy ma miejsce, gdy obiekt porusza się ze stałą prędkością wokół idealnego koła. Doskonałe przykłady są bardzo rzadkie w świecie fizycznym, ale przybliżenia obejmują jeźdźca na karuzeli lub wahadła poruszającego się po okręgu równoległym do ziemi. Podczas gdy planety i księżyce są często cytowane jako przykłady jednolitego ruchu kołowego, większość orbit planet jest eliptyczna i nie spełnia ani wymogu, aby prędkość zawsze pozostawała taka sama, ani że ruch musi być kołowy.

Kluczowym aspektem jednolitego ruchu kołowego jest to, że zmienia się kierunek obiektu, podczas gdy szybkość ruchu obiektu względem środowiska pozostaje taka sama. W terminologii fizyki szybkość, z jaką obiekt porusza się w przestrzeni, jest znana jako „prędkość”, natomiast termin „prędkość” opisuje jednocześnie szybkość ruchu i kierunek ruchu. W przypadku równomiernego ruchu kołowego prędkość zmienia się, a prędkość jest stała.

Natomiast w nierównomiernym ruchu kołowym, gdy obiekt wciąż porusza się po torze kołowym, prędkość nie jest stała. Na przykład samochód, który zwalnia, wchodząc w zakręt, a następnie przyspieszając, wychodząc z niego, porusza się po części kołowej ścieżki, ale ponieważ zmienia się prędkość samochodu, nie jest to jednolity ruch kołowy.

Jednolity ruch kołowy jest powodowany przez coś zwanego siłą dośrodkową. Siła jest pchaniem lub ciągnięciem; siła dośrodkowa to szczególna siła, która powoduje, że obiekt porusza się w kółko. Utrzymuje obiekt przed poruszaniem się po linii prostej, ciągnąc go w kierunku środka koła, zmieniając kierunek obiektu, a tym samym jego prędkość. Jednak siła dośrodkowa nie pcha ani nie ciągnie w kierunku, w którym porusza się obiekt, więc prędkość pozostaje niezmieniona. W jednolitym ruchu kołowym ta siła dośrodkowa ma zawsze tę samą wielkość, co powoduje, że obiekt porusza się po okręgu w przeciwieństwie do innego kształtu.

Aby zbadać przykładowy przypadek, odbywa się przejażdżka karnawałowa, podczas której jeźdźcy są przywiązani do wnętrza dużego wirującego cylindra. Kiedy cylinder porusza się z ustaloną prędkością, jeźdźcy poruszają się równomiernie. Siła dośrodkowa popychająca je do wewnątrz może być odczuwana przez nacisk ścianek cylindra na nie. Gdyby cylinder nagle zniknął, jeźdźcy odlecieliby w linii prostej. Na szczęście pchnięcie cylindra zmusza ich ruch do bycia kołowym.