物理
高校生
解決済み

私は、写真の上の図のように向心力を、円運動している物体を中心に、引き寄せる力の合力と認識していたのですが、写真の下の図のような鉛直面内の運動では向心力は真ん中に中心に引き寄せる力(写真の中では張力)と一致しないのはなぜですか?

平面 (同心や) T 鉛直 T T≠(向心力)

回答

✨ ベストアンサー ✨

円運動の時に
物体にかかる合力を、直角な関係にある向心方向成分と接線方向成分に分けて考えて、向心方向成分の力を向心力と呼んでいます。

物体が面からうける合力を抗力といい、その面に対する垂直方向成分を垂直抗力、面に対する水平方向成分を摩擦力と呼んでいるのと似ています。

等速円運動の場合は円の接線方向成分に力を持たないので早さは変わらず等速円運動します。

鉛直面での円運動では円の接線方向に力の成分をもつので「非等速」円運動となります。

注意点としてこの場合、向心力となるのは張力と重力の向心方向成分の合力となります。

りんご

回答ありがとうございます!理解しました!また、教えていただいたことで、もうひとつ聞きたいことがあるのですが、鉛直面での円運動で向心力は一定になるのでしょうか?(平面内での円運動では一定になるので疑問に思いました)ご回答いただけたら幸いですm(_ _)m

ものぐさ

なりません。円運動の向心力は早さと半径に依存します。エネルギー保存されるので高さが変われば速さは変化するので当然向心力は変わります。

りんご

理解しました!丁寧に答えていただきありがとうございました!

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回答

向心力は物体の位置でそれぞれの力を半径方向と接線方向に分解した時の半径方向の分力になります
鉛直面内の円運動では、物体にはたらく力は張力と重力の合力、半径方向には張力の他に重力の分力がはたらくので、その合計が向心力になります

りんご

理解しました!回答ありがとうございました!

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