Dans les problèmes impliquant un mouvement circulaire, vous décomposerez fréquemment une force en une force radiale, F_r, qui pointe vers le centre de mouvement et une force tangentielle, F_t, qui est perpendiculaire à F_r et tangente à la trajectoire circulaire. Deux exemples de ces forces sont celles appliquées aux objets épinglés en un point et le mouvement autour d'une courbe lorsque la friction est présente.
Objet épinglé à un point
Utilise le fait que si un objet est épinglé en un point et vous appliquez une force F à une distance R de la broche d'un angle θ par rapport à une ligne au centre, alors F_r = R ∙ cos (θ) et F_t = F ∙ sin (θ).
Imaginez qu'un mécanicien pousse sur une clé avec une force de 20 Newtons. De la position à laquelle elle travaille, elle doit appliquer la force à un angle de 120 degrés par rapport à la clé.
Calculer la force tangentielle. F_t = 20 ∙ sin (120) = 17,3 Newtons.
Torque
Utilise le fait que lorsque tu appliques une force à une distance R d'où un objet est épinglé, le couple est égal à τ = R ∙ F_t. Vous savez peut-être par expérience que plus vous poussez sur un levier ou une clé, plus il est facile de le faire pivoter. Pousser à une plus grande distance de la broche signifie que vous appliquez un couple plus important.
Imaginez qu'un mécanicien pousse sur l'extrémité d'une clé dynamométrique de 0,3 mètre de long pour appliquer 9 Newton-mètres de couple.
Calculer la force tangentielle. F_t = τ /R = 9 Newton-mètres /0.3 mètres = 30 Newtons.
Mouvement Circulaire Non-Uniforme
Utilise le fait que la seule force nécessaire pour garder un objet en mouvement circulaire à une vitesse constante est une force centripète, F_c, qui pointe vers le centre du cercle. Mais si la vitesse de l'objet change, alors il doit y avoir aussi une force dans la direction du mouvement, qui est tangentielle au chemin. Un exemple de ceci est la force du moteur d'une voiture l'amenant à accélérer quand elle contourne une courbe ou la force de friction la ralentissant pour s'arrêter.
Imaginez qu'un conducteur lève son pied de l'accélérateur et laisse s'arrêter une voiture de 2 500 kilogrammes à partir d'une vitesse de départ de 15 mètres /seconde tout en la guidant autour d'une courbe circulaire d'un rayon de 25 mètres. La voiture fait 30 mètres et s'arrête pendant 45 secondes.
Calcule l'accélération de la voiture. La formule incorporant la position, x (t), à l'instant t en fonction de la position initiale, x (0), la vitesse initiale, v (0), et l'accélération, a, est x (t) - x ( 0) = v (0) ∙ t + 1/2 ∙ a ∙ t ^ 2. Branchez x (t) - x (0) = 30 mètres, v (0) = 15 mètres par seconde et t = 45 secondes et résolvez l'accélération tangentielle: a_t = -0,637 mètres par seconde au carré.
Utiliser la deuxième loi de Newton F = m ∙ a pour trouver que le frottement doit avoir appliqué une force tangentielle de F_t = m ∙ a_t = 2,500 × (-0,637) = -1,593 Newtons.
