Τι είναι η εφαπτομενική επιτάχυνση;

Πολλά αντικείμενα ταξιδεύουν με κυκλική κίνηση. Αυτά περιλαμβάνουν πατινέρ, αυτοκίνητα και πλανήτες. Στα τέλη του 1600, ο Ισαάκ Νεύτων μελέτησε την κυκλική κίνηση και όρισε αρκετές νέες ιδιότητες αυτών των συστημάτων. Η εφαπτομενική επιτάχυνση είναι ένα από τα στοιχεία που εξήγαγε, μεταξύ πολλών άλλων.
Ο Νεύτων παρατήρησε ότι ένα αντικείμενο μόλις κινηθεί θα ταξιδεύει σε ευθεία γραμμή εκτός εάν ασκηθεί εξωτερική δύναμη. Ένα αντικείμενο που ταξιδεύει σε μια κυκλική διαδρομή υπόκειται σε μια δύναμη που είτε έλκεται είτε ωθεί προς το κέντρο του κύκλου, που ονομάζεται κανονική ή κεντρομόλος δύναμη. Καμία από αυτές τις δυνάμεις δεν βρίσκεται κατά μήκος της καμπύλης διαδρομής. Βρίσκονται συνεχώς σε ορθή γωνία μεταξύ τους.

Στη γραμμική κίνηση, ένα αντικείμενο μόλις τεθεί σε κίνηση θα παραμείνει σε κίνηση εκτός εάν ενεργήσει πάνω από άλλη δύναμη. Δεν απαιτείται πρόσθετη ενέργεια. Αυτό δεν ισχύει για την κυκλική κίνηση.
Το αντικείμενο που κινείται σε κύκλο με σταθερό ρυθμό, μετρούμενο σε στροφές ανά λεπτό, έχει σταθερή εφαπτομενική ταχύτητα και σταθερή γωνιακή ταχύτητα. Στη γραμμική κίνηση, όταν η ταχύτητα είναι σταθερή, η επιτάχυνση είναι μηδέν. Η εφαπτομενική επιτάχυνση είναι θετική. Απαιτείται ενέργεια για να αλλάζει συνεχώς κατεύθυνση.

Η εφαπτομενική επιτάχυνση είναι ίση με την εφαπτομενική ταχύτητα στο τετράγωνο, διαιρούμενη με την ακτίνα. Υπολογίζεται επίσης με την ακτίνα επί το τετράγωνο της γωνιακής ταχύτητας. Μπορούν να γίνουν δύο παρατηρήσεις σχετικά με την εφαπτομενική επιτάχυνση από αυτές τις εξισώσεις. Η γραμμική επιτάχυνση είναι ένας παράγοντας μόνο της ταχύτητας, ενώ η εφαπτομενική επιτάχυνση είναι ένας συντελεστής ταχύτητας στο τετράγωνο. Η αίσθηση της ταχύτητας είναι πολύ ισχυρότερη σε ένα αυτοκίνητο που στρίβει από αυτό που κινείται με την ίδια γραμμική ταχύτητα σε γραμμική κατεύθυνση.

Η εφαπτομενική επιτάχυνση είναι συντελεστής της ακτίνας. Καθώς η ακτίνα μεγαλώνει, η εφαπτομενική επιτάχυνση μειώνεται για την ίδια γωνιακή ταχύτητα. Διαφορετικά, καθώς η ακτίνα μειώνεται, χωρίς πρόσθετη είσοδο ενέργειας, η γωνιακή ταχύτητα αυξάνεται.

Οι άνθρωποι εκμεταλλεύονται τους νόμους της κίνησης που εφαρμόζονται σε κυκλικά ή καμπύλα μονοπάτια σε καθημερινή βάση. Οι έμπειροι οδηγοί επιβραδύνουν πρώτα την ταχύτητα και μετά κρατούν ελαφρά το πεντάλ του γκαζιού κατά τις κλειστές στροφές. Η πρόσθετη ενέργεια κρατά τους τροχούς να κυλούν προς τα εμπρός αντί να γλιστρούν στο πλάι.

Η ολίσθηση συμβαίνει όταν η κεντρομόλος δύναμη που τροφοδοτεί την εφαπτομενική επιτάχυνση μειώνεται. Οι πατινάζ στον πάγο βάζουν τα χέρια και το ελεύθερο πόδι τους κοντά στο σώμα τους για να περιστρέφονται πιο γρήγορα. Αρκετές διαστημικές αποστολές έχουν χρησιμοποιήσει τη βαρυτική έλξη του φεγγαριού ή άλλων ουράνιων σωμάτων για να επιταχύνουν τη διαστημική κάψουλα σε μια επιθυμητή καμπύλη διαδρομή.