Прямолинейное и криволинейное движение. Движение тела по окружности с постоянной по модулю скоростью
Введение. Прямолинейное и криволинейное движения
Движение – это изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. Движение и направление движения характеризуются в том числе и скоростью. Изменение скорости и сам вид движения связаны с действием силы. Если на тело действует сила, то тело изменяет свою скорость.
Если сила направлена параллельно движению тела, в одну сторону, то такое движение будет прямолинейным.
Рис. 1. Сила и скорость вдоль одной прямой. Движение прямолинейное
Криволинейным будет такое движение, когда скорость тела и сила, приложенная к этому телу, направлены друг относительно друга под некоторым углом. В этом случае скорость будет изменять свое направление.
Рис. 2. Сила и скорость под углом друг к другу. Движение криволинейное
Итак, при прямолинейном движении вектор скорости направлен в ту же сторону, что и сила, приложенная к телу. А криволинейным движением является такое движение, когда вектор скорости и сила, приложенная к телу, расположены под некоторым углом друг к другу.
Центростремительное ускорение
Рассмотрим частный случай криволинейного движения, когда тело движется по окружности с постоянной по модулю скоростью. Когда тело движется по окружности с постоянной скоростью, то меняется только направление скорости. По модулю она остается постоянной, а направление скорости изменяется. Такое изменение скорости приводит к наличию у тела ускорения, которое называется центростремительным.
Рис. 3. Движение по криволинейной траектории
Если траектория движения тела является кривой, то ее можно представить как совокупность движений по дугам окружностей, как это представлено на рис. 3.
Рис. 4. Направление скорости при криволинейном движении
На рис. 4 показано, как изменяется направление вектора скорости. Скорость при таком движении направлена по касательной к окружности, по дуге которой движется тело. Таким образом, ее направление непрерывно меняется. Даже если скорость по модулю остается величиной постоянной, изменение скорости приводит к появлению ускорения: 
.
В данном случае ускорение будет направлено к центру окружности. Поэтому оно называется центростремительным. Рассчитать его можно по следующей формуле: 
.
Угловая скорость. Связь угловой и линейной скоростей
Некоторые характеристики движения по окружности
Угловая скорость обозначается греческой буквой омега (w), она говорит о том, на какой угол поворачивается тело за единицу времени. Это величина дуги в градусной мере, пройденной телом за некоторое время. Заметьте, если твердое тело вращается, то угловая скорость для любых точек на этом теле будет величиной постоянной. Ближе точка располагается к центру вращения или дальше – это не важно, т.е. от радиуса не зависит.
Единицей измерения в этом случае будет либо градус в секунду, либо радиан в секунду. Часто слово «радиан» не пишут, а пишут просто с-1. Для примера найдем, чему равна угловая скорость Земли. Земля делает полный поворот на 360° за 24 ч, и в этом случае можно говорить о том, что угловая скорость равна 
.
Также обратите внимание на взаимосвязь угловой скорости и линейной скорости:
V = w . R.
Необходимо отметить, что движение по окружности с постоянной скоростью – это частный случай движения. Однако движение по окружности может быть и неравномерным. Скорость может изменяться не только по направлению и оставаться одинаковой по модулю, но и меняться по своему значению, т.е., кроме изменения направления, существует еще и изменение модуля скорости. В этом случае мы говорим о так называемом ускоренном движении по окружности.