[科普中国]-匀速圆周运动

质点沿圆周运动，如果在任意相等的时间里通过的圆弧长度都相等，这种运动就叫做“匀速圆周运动”(uniform circular motion)。匀速圆周运动是圆周运动中，最常见和最简单的运动（因为速度是矢量，所以匀速圆周运动实际上是指匀速率圆周运动）1。

定义质点沿圆周运动，如果在任意相等的时间里通过的圆弧长度都相等，这种运动就叫做“匀速圆周运动”，亦称“匀速率圆周运动”。因为物体作圆周运动时速率不变，但速度方向随时发生变化。所以匀速圆周运动的线速度是每时每刻都在发生变化的。

运动条件做匀速圆周运动的充要条件是2：

具有初速度（初速度不为零）

始终受到大小不变，方向垂直于速度方向，且在速度方向同一侧的合外力。

公式解析计算公式1、v（线速度）=ΔS/Δt=2πr/T=ωr=2πrn (S代表弧长，t代表时间，r代表半径,n代表转速)

2、ω（角速度）=Δθ/Δt=2π/T=2πn （θ表示角度或者弧度）

3、T（周期）=2πr/v=2π/ω=1/n

4、n（转速）=1/T=v/2πr=ω/2π

5、Fn（向心力）=mrω^2=mv^2/r=mr4π^2/T^2=mr4π^2n^2

6、an（向心加速度）=rω^2=v^2/r=r4π^2/T^2=r4π^2n^2

7、vmin=√gr （过最高点时的条件）

8、fmin (过最高点时的对杆的压力)=mg- （有杆支撑）

9、fmax (过最低点时的对杆的拉力)=mg+ （有杆）

向心力公式的推导设一质点在A处的运动速度为Va,在运动很短时间⊿t后,到达B点,设此时的速度为Vb，由于受向心力的作用而获得了一个指向圆心速度Δv，在Δv与Va的共同作用下而运动到B点，达到Vb的速度，则矢量Va+矢量Δv=矢量Vb，矢量Δv=矢量Vb-矢量Va，用几何的方法可以得到Va与Vb的夹角等于OA与OB的夹角，当⊿t非常小时，Δv/v=s/r（说明：由于质点做匀速圆周运动，所以Va=Vb=v，s表示弧长，r表示半径），所以Δv=sv/r，Δv/Δt=s/Δt * v/r，其中Δv/Δt表示向心加速度a，s/Δt 表示线速度，所以a=v^2/r=rω^2=r4π^2/T^2=r4π^2n^2，F（向心力）=ma=mv^2/r=mrω^2=mr4π^2/T^23。

物理介绍描述匀速圆周运动快慢的物理量4：

线速度 v①意义：描述质点沿圆弧运动的快慢的物理量，线速度越大，质点沿圆弧运动越快。

②定义：线速度的大小等于质点通过的弧长s与所用时间t的比值。

③单位：m/s。

④矢量：方向在圆周各点的切线方向上。

⑤就是物体做匀速圆周运动的瞬时速度。

⑥质点做匀速圆周运动时，线速度大小不变，但方向时刻在改变，故其线速度不是

恒矢量。

⑦边缘相连接的物体，线速度相同。

角速度 ω① 定义：连接质点和圆心的半径(动半径)转过的角度跟所用时间的比值，叫做匀速圆周运动的角速度。

②单位：rad/s(弧度每秒)。

③矢量(中学阶段不讨论,用可判断方向，例如：当其在水平面上顺时针转动时角速度方向竖直向下)。

④质点做匀速圆周运动时，角速度ω恒定不变。

⑤同一物体上任意两点，除旋转中心外，角速度相同。

周期 T①定义：做匀速圆周运动的物体运动一周所用的时间叫做周期。

②单位：s(秒)。

③标量：只有大小，没有方向。

④意义：定量描述匀速圆周运动的快慢。半径相等时，周期长说明运动得慢，周期短说明运动得快。

⑤质点做匀速圆周运动时，周期恒定不变。

频率 f①定义：周期的倒数(每秒内完成周期性运动的次数)叫频率。

②单位：Hz(赫)。

③标量：只有大小，没有方向。

④意义：定量描述匀速圆周运动的快慢，频率高说明运动得快，频率低说明运动得慢。

⑤质点做匀速圆周运动时，频率恒定不变。

转速 n①定义：做匀速圆周运动的质点每秒转过的圈数。

②单位：在国际单位制中为r/s(转每秒)；常用单位为r/min(转每分)。1 r/s=60 r/min。

（注：r=round 英：圈）

③标量：只有大小，没有方向。

④意义：实际中定量描述匀速圆周运动的快慢，转速高说明运动得快，转速低说明运动得慢。

⑤质点作匀速圆周运动时，转速恒定不变。

本词条内容贡献者为:

郎奠波 - 副教授 - 黑龙江财经学院