Калькулятор по физике
Механика для школьников и студентов: формулы, расчёты и пошаговые решения

Центростремительное ускорение и движение по окружности

Задайте радиус и скорость (или период обращения) — калькулятор найдёт центростремительное ускорение, угловую скорость, период, частоту и силу, удерживающую тело на окружности.

В метрах
Оставьте пустым, если известен период
Время одного полного оборота
Для расчёта центростремительной силы
Введите значения

Формула: a = v²/R = ω²·R = 4π²R/T²; ω = v/R = 2π/T; F = m·v²/R

a — центростремительное ускорение (м/с²); ω — угловая скорость (рад/с); T — период обращения (с); F — центростремительная сила (Н).

Пример решения задачи

  1. Задача: автомобиль проходит поворот радиусом 50 м со скоростью 10 м/с. Найти центростремительное ускорение.
  2. Дано: R = 50 м, v = 10 м/с. Найти: a.
  3. Шаг 1. Формула центростремительного ускорения: a = v²/R.
  4. Шаг 2. a = 10² / 50 = 100/50 = 2 м/с².
  5. Шаг 3. Если масса автомобиля 1200 кг, сила трения должна быть не меньше F = m·a = 1200 · 2 = 2400 Н.
  6. Ответ: a = 2 м/с², направлено к центру поворота.

Разбор формулы и теория

При равномерном движении по окружности модуль скорости постоянен, но направление непрерывно меняется — значит, ускорение есть, и оно направлено к центру. Отсюда название: центростремительное. Величина ускорения a = v²/R показывает, что оно резко растёт со скоростью: удвоив скорость на повороте, вы вчетверо увеличиваете нужную силу. Именно поэтому в повороте на скользкой дороге машину срывает: требуемая сила m·v²/R превышает максимальную силу трения μ·m·g, и предельная безопасная скорость равна v = √(μ·g·R) — масса, как обычно, сокращается. Центростремительная сила — не отдельный вид силы, а роль, которую играет какая-то реальная сила: трение на повороте, натяжение нити при вращении груза, сила тяготения для спутника, реакция стенки в центрифуге. Угловая скорость ω = v/R измеряется в радианах в секунду и связана с периодом как ω = 2π/T. Через период ускорение записывают как a = 4π²R/T² — эта форма удобна для планет и спутников, где известен период обращения.

Частые вопросы

Куда направлено центростремительное ускорение?

К центру окружности, перпендикулярно скорости. Скорость при этом направлена по касательной к траектории.

Как найти центростремительную силу?

F = m·v²/R или F = m·ω²·R. Для тела массой 0,5 кг, вращающегося на нити длиной 1 м со скоростью 4 м/с, F = 0,5·16/1 = 8 Н.

Какая максимальная скорость в повороте?

Ограничена трением: v_max = √(μ·g·R). На сухом асфальте (μ ≈ 0,75) в повороте радиусом 50 м это √(0,75·9,8·50) ≈ 19 м/с, то есть около 69 км/ч.

Как связаны период и угловая скорость?

ω = 2π/T. Если тело делает один оборот за 2 с, то ω = 3,14 рад/с.