Ковш вращается в равномерном круговом движении. Когда ведро находится в самой верхней точке петли, вода не падает. В этот момент на воду действует как натяжение, так и сила тяжести, тогда ее следует тянуть с еще большей силой. Тогда почему вода не падает?
Тот же вопрос можно задать о мотоциклисте, выполняющем петлю за петлей. Почему он не падает на самую верхнюю точку, когда и сила тяжести, и нормальная реакция действуют вниз?
Это распространенное заблуждение, что объекты должны двигаться в направлении действия силы. Это неверно; ускорение направлено в сторону силы . Это означает изменение скорости точек в направлении действия силы. Не скорость указывает направление действия силы.
В верхней части круга вода определенно выталкивается вниз под действием как гравитации, так и нормальной силы. Однако скорость воды в верхней части круга горизонтальна. Следовательно, скорость приобретает нисходящую составляющую. Однако это не удаляет горизонтальную составляющую. Скорость просто начинает указывать вниз, а также по горизонтали, и круг продолжается. Обратите внимание, что это верно и для ведра, поэтому вода остается в ведре.
Похожая система, с которой вы, вероятно, знакомы, — это движение снаряда. В верхней части траектории сила направлена вниз, скорость горизонтальна, и снаряд продолжает свой параболический путь как с горизонтальной, так и с вертикальной скоростью. Разница между снарядом и ведром в том, что результирующая сила для снаряда постоянна. Горизонтальная составляющая скорости никогда не меняется. Для ковша результирующая сила всегда меняется, так что движение носит круговой характер. Вертикальная и горизонтальная составляющие скорости всегда меняются по окружности. Снаряд падает, но вода падает не просто так. Его также толкает нормальная сила, обеспечиваемая ковшом.
Вода падает. Он просто не падает быстрее ведра. Потянув за ведро, вы держите его вокруг (также падающей) воды.
Две причины:
Сила тяжести, действующая на воду, придает постоянное ускорение - или . Ковш также ускоряется, когда вы его тянете. В дополнение к ускорению оба объекта также имеют скорость, которая изменяется под действием этих ускорений. Если ведро движется быстро, то как только вода теряет с ним контакт, оно начинает ускоряться только под действием силы тяжести, медленнее, чем ведро. Это позволяет ведру наверстать упущенное.
С мотоциклом еще проще. Когда мотоцикл приближается к вершине петли, он имеет очень некоторую восходящую скорость от наезда на стену. В вершине вся эта вертикальная скорость преобразуется в горизонтальную, и ее вертикальная скорость очень мала. В этот момент начинает действовать гравитация, которая увеличивает скорость движения вниз. Однако гравитация может только увеличить эту нисходящую скорость так быстро. Прежде чем гравитация сможет заставить его начать падение, гораздо большая горизонтальная скорость позволяет мотоциклу достичь нисходящей части кривой, что ускорит его движение вниз быстрее. Из-за этого гравитация не заставит мотоцикл потерять контакт с петлей (при условии, что мотоцикл движется достаточно быстро).
Вода падает из ведра или нет, зависит от кругового движения ведра. Если скорость ковша настолько велика, что центростремительная и центробежная силы сравнялись или инерция воды компенсирует действие притяжения земли, то вода не падала вниз. в противном случае он падает.
Мычащая утка
пользователь 253751