Kas ir vienota apļveida kustība?

Vienota apļveida kustība ir tad, kad objekts pārvietojas ar nemainīgu ātrumu ap perfektu apli. Ideāli piemēri fiziskajā pasaulē ir ļoti reti, taču tuvinājumi ietver braucēju karuselī vai svārstu, kas pārvietojas pa apli paralēli zemei. Lai gan planētas un pavadoņi bieži tiek minēti kā vienveidīgas apļveida kustības piemēri, lielākā daļa planētu orbītu ir eliptiskas un neatbilst ne prasībai, lai ātrums vienmēr paliktu nemainīgs, ne kustībai jābūt apļveida.

Vienmērīgas apļveida kustības galvenais aspekts ir tas, ka objekta virziens mainās, bet ātrums, ar kādu objekts pārvietojas attiecībā pret vidi, paliek nemainīgs. Fizikas terminoloģijā ātrumu, ar kādu objekts pārvietojas telpā, sauc par “ātrumu”, savukārt termins “ātrums” vienlaikus apzīmē gan kustības ātrumu, gan kustības virzienu. Vienmērīgai apļveida kustībai ātrums mainās, kamēr ātrums ir nemainīgs.

Turpretim nevienmērīgā apļveida kustībā, kamēr objekts joprojām pārvietojas pa apļveida ceļu, ātrums nav nemainīgs. Piemēram, automašīna, kas palēninās ieejot pagriezienā un pēc tam paātrina, izbraucot no tā, pārvietojas pa apļveida ceļu, bet, tā kā mainās automašīnas ātrums, tā nav vienmērīga apļveida kustība.

Vienotu apļveida kustību izraisa kaut kas, ko sauc par centripetālo spēku. Spēks ir grūdiens vai vilkšana; centripetālais spēks ir īpašais spēks, kas liek objektam turpināt kustēties pa apli. Tas neļauj objektam iet pa taisnu līniju, velkot to uz apļa centru, mainot objekta virzienu un līdz ar to arī ātrumu. Centripetālais spēks tomēr nespiež un nevelkas virzienā, kurā objekts kustas, tāpēc ātrums paliek nemainīgs. Vienmērīgā apļveida kustībā šim centripetālajam spēkam vienmēr ir vienāds lielums, kas nodrošina objekta kustību pa apli, nevis citu formu.

Lai pārbaudītu piemēru, ir karnevāla brauciens, kurā braucēji ir piesprādzēti liela vērpšanas cilindra iekšpusē. Kad cilindrs pārvietojas ar noteiktu ātrumu, šie braucēji atrodas vienmērīgā apļveida kustībā. Centrpetālais spēks, kas tos spiež uz iekšu, ir jūtams spiedienā no cilindra sienām pret tiem. Ja cilindrs pēkšņi pazustu, braucēji izlidotu taisnās līnijās. Par laimi, cilindra spiediens liek to kustībai būt apļveida.