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输入计算

数学公式

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结果

线速度
3.1416
m/s
向心加速度 4.9348 m/s²
角速度 1.5708 rad/s

圆周运动计算器是什么?

这款计算器用于分析匀速圆周运动——即物体以恒定速率沿圆形轨道运动的情形。只要给定圆周轨道的半径和周期(物体转一圈所需的时间),它就能算出线速度、向心加速度和角速度这三个关键物理量。它们分别描述了物体运动的快慢、被拉向圆心的力度,以及扫过角度的速度。

如何使用

在对应的输入框中填入半径 r(单位:米)和周期 T(单位:秒)。计算器会随即给出线速度(m/s)、向心加速度(m/s²)以及角速度(rad/s)。请统一使用国际单位制(SI),这样得到的结果才具有真实的物理意义。

公式详解

物体在一个周期 T 内走过的路程正好是圆周长 \(2\pi r\),因此线速度为 $$v = \frac{2\pi r}{T}$$ 由于速度的方向时刻在改变,必然存在一个指向圆心的加速度:$$a_c = \frac{v^2}{r}$$ 角速度为 $$\omega = \frac{2\pi}{T}$$ 并且 \(v = \omega r\) 与 \(a_c = \omega^2 r\) 都是与上述公式等价的表达形式。

物体沿带有半径的圆形路径运动,速度矢量与圆相切,向心加速度指向内侧
在匀速圆周运动中,速度与路径相切,而向心加速度指向圆心。

例题演示

假设一块绑在绳子上的石头做圆周运动,半径 \(r = 2\ \text{m}\),每 \(T = 4\ \text{s}\) 转一圈。那么线速度为 $$v = \frac{2\pi(2)}{4} = \pi \approx 3.1416\ \text{m/s}$$ 向心加速度为 $$a_c = \frac{v^2}{r} = \frac{\pi^2}{2} \approx 4.9348\ \text{m/s}^2$$ 角速度为 $$\omega = \frac{2\pi}{4} \approx 1.5708\ \text{rad/s}$$

常见问题

匀速圆周运动中速度是恒定的吗?速度的大小(速率)保持恒定,但方向却在不断变化,正因为如此才会产生向心加速度。

向心加速度由什么提供?由指向圆心的合力提供,比如绳子的张力、万有引力、摩擦力或支持力等。这个加速度始终指向圆心。

可以用频率代替周期吗?可以。周期 \(T\) 等于 \(1/f\)。只要把 \(T = 1/f\)(单位为秒)填进去,就能用以赫兹(Hz)为单位的频率来计算了。

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