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Nei problemi che coinvolgono il movimento circolare, spesso si decompone una forza in una forza radiale, F_r, che punta al centro del movimento e una forza tangenziale, F_t, che punta perpendicolarmente a F_r e tangenziale al percorso circolare. Due esempi di queste forze sono quelli applicati agli oggetti appuntati in un punto e il movimento attorno a una curva quando è presente l'attrito.
Oggetto appuntato in un punto
Usa il fatto che se un oggetto è appuntato in un punto e applichi una forza F a una distanza R dal perno con un angolo θ rispetto a una linea al centro, allora F_r = R ∙ cos (θ) e F_t = F ∙ sin (θ).
Immagina che un meccanico stia spingendo l'estremità di una chiave inglese con una forza di 20 Newton. Dalla posizione in cui sta lavorando, deve applicare la forza con un angolo di 120 gradi rispetto alla chiave inglese.
Calcola la forza tangenziale. F_t = 20 ∙ sin (120) = 17.3 Newton.
momento torcente
Usa il fatto che quando applichi una forza a una distanza R da dove è bloccato un oggetto, la coppia è uguale a τ = R ∙ F_t. Potresti sapere per esperienza che più lontano dal perno spingi una leva o una chiave, più è facile farlo ruotare. Spingendo a una distanza maggiore dal perno significa applicare una coppia maggiore.
Immagina che un meccanico stia spingendo l'estremità di una chiave dinamometrica lunga 0,3 metri per applicare 9 Newton metri di coppia.
Calcola la forza tangenziale. F_t = τ / R = 9 Newton-metri / 0,3 metri = 30 Newton.
Moto circolare non uniforme
Usa il fatto che l'unica forza necessaria per mantenere un oggetto in movimento circolare a velocità costante è una forza centripeta, F_c, che punta verso il centro del cerchio. Ma se la velocità dell'oggetto sta cambiando, allora deve esserci anche una forza nella direzione del movimento, che è tangenziale al percorso. Un esempio di ciò è la forza del motore di un'auto che la fa accelerare quando si fa il giro di una curva o la forza di attrito che la rallenta per fermarsi.
Immagina che un guidatore stacchi il piede dall'acceleratore e lasci fermare un'auto da 2.500 chilogrammi a partire da una velocità iniziale di 15 metri / secondo, guidandola lungo una curva circolare con un raggio di 25 metri. L'auto costeggia 30 metri e impiega 45 secondi per fermarsi.
Calcola l'accelerazione della macchina. La formula che incorpora la posizione, x (t), al momento t in funzione della posizione iniziale, x (0), la velocità iniziale, v (0) e l'accelerazione, a, è x (t) - x ( 0) = v (0) ∙ t + 1/2 ∙ a ∙ t ^ 2. Collegare x (t) - x (0) = 30 metri, v (0) = 15 metri al secondo e t = 45 secondi e risolvere l'accelerazione tangenziale: a_t = –0,637 metri al secondo al quadrato.
Usa la seconda legge di Newton F = m ∙ a per scoprire che l'attrito deve aver applicato una forza tangenziale di F_t = m ∙ a_t = 2.500 × (–0.637) = –1.593 Newton.