Cirkulär rörelse
Vad är en cirkulär rörelse?
En cirkulär rörelse eller centralrörelse sker när en partikel snurrar runt en axel. Med konstant radie bildas då en cirkel, förutsatt att vi arbetar i ett plan.
För en cirkulär rörelse finns en kraft som heter centripetalkraft och verkar inåt mot centrum. Den är extra tydlig om man svingar till exempel en JoJo.
Men, om man sitter i en karusell så trycks man ju utåt, sa inte ni att centripetalkraften verkar inåt? Jo…det stämmer, det som trycker en utåt i kurvor är samma scenario som när tvätt trycks mot krafterna i en tvättmaskin, det kallas för centrifugalkraft.
Cirkulär rörelse med konstant fart
Tiden det tar att genomföra ett varv kallas för omloppstid, den betecknas T i sekunder.
Ni kanske vet sedan tidigare att frekvensen är omvänt proportionerlig eller inversen till omloppstiden, dvs
Att handskas med vinkelhastighet är vanligt förekommande i mekaniken men även för harmoniska svängningar. Vinkelhastighet är, lite enkelt förklarat, hur många grader per tidsenhet en vinkel rör sig.
Formeln för vinkelhastighet är
och mäts i radianer per sekund. Det är viktigt att inte blanda ihop detta med varvtal som brukar betecknas n och mäts i rpm, (rotations per minute).
Sambandet mellan vinkelhastighet och rpm är
Vilket innebär att om du vill gå från vinkelhastighet till rpm så måste du skriva om sambandet till
Bestäm vinkelhastigheten $\omega$ om frekvensen är 120 Hz
Här kan vi enkelt bara använda oss av definitionen!
$\omega = 2 \pi f =2 \pi \cdot 120 = 754 \ rad/s$
Centripetalkraft
Den tangentiella hastigheten är alltid riktad längs cirkelns tangent och är således vinkelrät mot krafterna.
Centripetalkraften beror av massan, hastigheten och krökningsradien. Det är den kraft som får partikeln att röra sig i en cirkel och är alltid riktad mot mitten.
Centripetalkraften är egentligen ingen egen kraft, utan den är summan av flera andra påverkande krafter.
Formeln för centripetalkraft är
$ F = \frac{mv^2}{r}$
men kan också formuleras med hjälp av vinkelhastigheten
$F = m r \omega ^2$
Centrifugalkraft
Centrifugalkraften verkar utåt, motsatt mot centripetalkraften. Det är den kraft som vill att en partikel ska verka bort från centrum snarare än mot. Den är ett resultat av kroppens tröghetsmoment.
Laboration inom cirkulär rörelse
En vanlig laboration i fysik 2 är att svinga en hink fylld med vatten. Om man då svingar hinken tillräckligt snabbt så stannar vattnet kvar, vad kan det bero på?
Jo - om centrifugalkraften är lika stor som normalkraften från hinkens botten och vattnets tyngdkraft så uppstår ju jämvikt. Om vi svingar hårdare så ökar kraften och vattnet stannar, men finns det något annat sätt än att öka accelerationen? - Absolut! Vi kan minska radien för att behålla en stor kraft.