雜談生活中的圓周運動

朱可寶●

山東省淄博十七中(255033)

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雜談生活中的圓周運動

朱可寶●

山東省淄博十七中(255033)

圓周運動是生活中常見的一種曲線運動.自然界中無處不見它的蹤影.天體運動的軌跡多數(shù)為圓形；各種車輛的車輪相對于車子的轉(zhuǎn)動為圓形；鐘表針上各點的運動為圓形，各種動力的傳輸多數(shù)以轉(zhuǎn)動的形式.圓周運動是據(jù)物體運動時的軌跡為圓而命名的.物理上講物體做圓周運動時其速度沿圓周的切線方向，是一種變速運動.要維持物體做圓周運動需要有一個力不斷地作用在物體上，使之不停的改變物體的運動方向，由于這個力的方向始終指向圓心，因而把它叫做向心力.本來做圓周運動的物體如果突然失去向心力或者向心力提供不足，就會做遠離圓心的運動，這種運動稱作做離心運動.圓周運動及其離心運動在生活中有許多應(yīng)用，有時注意不到也會帶來傷害.

為了獲得向心力，大自然展示了各種各樣的方法.

空中展翅翱翔的雄鷹在做圓周運動時要傾斜翅膀，使得翅膀受到的升力并不沿豎直方向，而是向圓心方向略有傾斜，以使升力的水平分量提供向心力.此時升力的豎直分量抵消雄鷹的重力.盤旋的半徑越小，翅膀傾斜的則越厲害.看航模表演或者飛行表演時飛機在轉(zhuǎn)彎時也是要傾斜機身的.人們在騎自行車過彎道時會不自覺的傾斜車身也是這個道理.在賽車場，彎道處設(shè)計的外高里低是為了使快速通過的賽車獲得必要的向心力.火車轉(zhuǎn)彎處也要求外軌高于內(nèi)軌，但是高出的程度卻有嚴格的技術(shù)要求.一般來講，對確定半徑的圓弧來講速度越大，高出的越多.對于確定的火車彎道，對車速的要求是一定的，若車速小于規(guī)定車速會使車輪的輪緣對內(nèi)軌有較大的壓力，而過高的速度又會對外軌產(chǎn)生較大的壓力，甚至有脫軌的危險.鐵道部門為了要提高火車的運行速度，要做大量的前期工作，其中軌道彎道處的處理就是很重要的部分.

旋轉(zhuǎn)有水的雨傘，會發(fā)現(xiàn)雨滴會從傘的邊沿飛出.用細線拴一石子，使之做圓周運動，突然撒手后石子也會飛向遠方.這就是說本來做圓周運動的物體如果失去向心力或者向心力提供不足，就會做遠離圓心的運動，這種運動稱作做離心運動.離心運動廣泛用于生活生產(chǎn)當中.家中的洗衣機甩干桶、按壓旋轉(zhuǎn)式拖把是日常生活中常見的利用離心現(xiàn)象的例子.濕的衣服在甩干桶內(nèi)旋轉(zhuǎn)時水滴和衣物間的附著力提供了水滴旋轉(zhuǎn)所需向心力，隨轉(zhuǎn)速的增加，附著力不足以提供所需向心力時水滴便由內(nèi)向外甩出去，半徑越大，離心現(xiàn)象越明顯，水分越易離開，這樣衣物便會很快被甩干了.

電力系統(tǒng)用的水泥電線桿也是利用離心現(xiàn)象制成的，按比例把水泥沙子石子用水攪拌好后倒入高速旋轉(zhuǎn)的柱狀模具中，由于離心作用還未凝固的水泥混凝土被甩到模具內(nèi)壁上形成一定厚度的水泥混凝土薄層，等待一段時間后水泥凝固，電線桿也就做成了.

實驗室中常用離心沉淀器加速反應(yīng)物的沉淀，節(jié)省沉淀等候時間.把試管放在離心機上高速旋轉(zhuǎn)，由于向心力跟質(zhì)量有關(guān)，密度越大的物質(zhì)旋轉(zhuǎn)所需向心力越大，離圓心也就越遠，這樣就把沉淀物很快分離出來了.蒸氣輪機上用到的離心節(jié)速器也是機器利用離心運動自動控制系統(tǒng)的典型事例.這是兩個固定在像剪刀樣支架兩端的金屬球，支架中間部位有軸，和機器相連并附有彈簧.支架另一端連著節(jié)氣閥門，機器旋轉(zhuǎn)時球做離心運動，轉(zhuǎn)速越高球離軸心越遠，通過杠桿節(jié)氣閥們閉合，氣體流量減小，轉(zhuǎn)速降低；在彈簧作用下球向軸心運動，又使閥門張開，氣流增大，轉(zhuǎn)速提高.這樣就實現(xiàn)了自動控制其轉(zhuǎn)速.

陀螺是利用圓周運動的特例.繞一個支點高速轉(zhuǎn)動的剛體稱為陀螺.對稱陀螺是一個質(zhì)量均勻分布的、具有軸對稱形狀的剛體，其幾何對稱軸就是它的自轉(zhuǎn)軸.在一定的初始條件和一定的外在力矩作用下，陀螺會在不停自轉(zhuǎn)的同時，環(huán)繞著另一個固定的轉(zhuǎn)軸不停地旋轉(zhuǎn)，這就是陀螺的旋進，又稱為回轉(zhuǎn)效應(yīng).陀螺旋進是日常生活中常見的現(xiàn)象，許多人小時候都玩過的陀螺(用鞭子抽的懶老婆)就是一例.人們利用陀螺的力學(xué)性質(zhì)所制成的各種功能的陀螺裝置稱為陀螺儀，它在科學(xué)、技術(shù)、軍事等各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用.比如:回轉(zhuǎn)羅盤、定向指示儀、炮彈的翻轉(zhuǎn)、陀螺的章動等.

有些機器部件的制作是利用高速旋轉(zhuǎn)時車刀對部件的車削得以實現(xiàn)的.車床、磨床、鉆床等工具設(shè)備無一不是利用了圓周運動.車床是主要用車刀對旋轉(zhuǎn)的工件進行車削加工的機床.在車床上還可用鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應(yīng)的加工.車床又稱機床,使用車床的工人稱為“車工”，在機械加工行業(yè)中車床被認為是所有設(shè)備的工作“母機”.車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件，以圓柱體為主,主要運動方式是，車刀動，工件不動.是機械制造和修配工廠中使用最廣的一類機床.銑床和鉆床等旋轉(zhuǎn)加工的機械都是從車床引伸出來的.在我國香港等地也有人將車床叫做旋床.

類似于車床的工作，有些陶、瓷器的制作是把泥料放在旋轉(zhuǎn)的工作盤上手工完成的.這類瓷器以軸對稱結(jié)構(gòu)的為主.生活中用到的茶杯、碗碟、花瓶等多數(shù)是這樣做成燒制前的坯胎的.實際工藝流程中有兩道工藝稱作拉坯和利坯.拉坯：將泥團摔擲在轆轤車的轉(zhuǎn)盤中心，隨手法的屈伸收放拉制出坯體的大致模樣.拉坯是陶、瓷器成型的第一道工序.拉坯成型首先要熟悉泥料的收縮率.根據(jù)大小品種和不同器型及泥料的軟硬程度予以放尺.拉坯不僅要注意到收縮率,而且還要注意到造型.如遇較大尺寸的制品,則要分段拉制,從各個分段部位,可看出拉坯師傅的技藝好壞和水平高低.利坯：將坯覆放于轆轤車的利桶上，轉(zhuǎn)動車盤，用刀旋削，使坯體厚度適當，表里光潔，這是一道技術(shù)要求很高的工序.生活中我們有這樣的體會，汽車急轉(zhuǎn)彎時會把乘客甩向道路外側(cè)一方.這是物體具有慣性的表現(xiàn).因此乘車轉(zhuǎn)彎時應(yīng)抓牢車座等車上固定物，防止出現(xiàn)意外.駕車時應(yīng)系好安全帶，遇轉(zhuǎn)彎時降低車速，都是保障行車安全的重要措施.

圓是美好的象征，圓的軌跡更適合人的審美情趣.許許多多的日用品做成圓的模樣.任何一段曲線 都可視為半徑不同的圓周結(jié)合而成.我們生來就和圓結(jié)下不解之緣.但愿天長地久，萬事有一個圓滿的結(jié)局.

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1008-0333(2016)28-0073-01