Calcular a velocidade necessária para neutralizar gravidade em um loop
Se você sabe o raio de uma pista circular, você pode usar a física para calcular o quão rápido um objeto precisa se mover, a fim de ficar em contato com a pista sem cair quando atinge o topo do loop.
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Video: Física - Cinemática: velocidade média
Talvez você assistiu esportes radicais na televisão e se perguntou como motociclistas ou skatistas pode montar em um loop em uma pista e ir de cabeça para baixo sem cair no chão. gravidade não deve trazê-los para baixo? Qual a velocidade que eles têm que ir? As respostas a estas perguntas circular-movimento vertical estar na força centrípeta ea força da gravidade.
Video: Lei da Gravitação Universal - Cálculo
Dê uma olhada na figura, onde a bola é looping em torno de uma pista circular. A pergunta que você pode se deparar em aulas de física introdutórios pergunta: “Que velocidade é necessária para que a bola faz com que o circuito de segurança?” O ponto crucial é no topo da pista - se a bola vai descascar longe do seu circular pista, a parte superior é onde ele vai cair. Para responder à pergunta crucial, você deve saber que critério a bola tem de cumprir para se segurar. Pergunte a si mesmo: “Qual é a restrição de que a bola deve atender?”
Video: Aula de Física no Looping
Para viajar em um loop, um objeto deve ter uma força resultante agindo sobre ele, que é igual à força centrípeta que necessita para continuar viajando em um círculo de raio e velocidade dada. Na parte superior do seu caminho, como você pode ver na figura, a bola mal permanece em contato com a pista. Outros pontos ao longo da pista de proporcionar uma força normal, devido a velocidade e o facto de que a pista é curvo. Se você quiser descobrir o que a velocidade mínima de um objeto precisa ter para ficar em um loop, você precisa olhar para onde o objeto é apenas um pouco em contato com a pista - em outras palavras, à beira de cair fora de sua circular caminho.
A força normal da pista se aplica a um objeto no topo é apenas sobre a zero. A única força mantendo o objeto em sua trilha circular é a força da gravidade, o que significa que no ápice, a velocidade do objeto tem que ser tal que a força centrípeta é igual peso do objeto para mantê-lo ir em um círculo cujo raio é o mesmo que o raio da espira. Isso significa que, se esta é a força necessária
em seguida, a força da gravidade, na parte superior do circuito é
Fg = mg
E porque Fg deve ser igual Fc, você pode escrever
Você pode simplificar esta equação na seguinte forma:
Video: Movimento Circular - Período e frequência
A massa de qualquer objeto, como uma motocicleta ou um carro de corrida, que está viajando em torno de uma pista circular cai fora da equação.
A raiz quadrada de r vezes g é a velocidade mínima de um objecto precisa na parte superior do circuito, a fim de continuar em um círculo. Qualquer objecto mais lenta irá descascar para fora da pista, na parte superior do circuito (que podem cair de volta para o circuito, mas não irá ser a seguir a pista circular nesse ponto). Para um exemplo prático, se o circuito da figura tem um raio de 20,0 metros, o quão rápido que a bola tem que viajar no topo do loop, a fim de ficar em contato com a pista? Basta colocar nos números:
No topo da pista, a bola tem de viajar 14.0 metros por segundo, que é cerca de 31 milhas por hora.