Укажите куда направлен при равномерном вращении материальной точки вектор ее центростремительной силы относительно неподвижной системы отсчета.
Краткий ответ: центростремительная сила направлена к центру вращения (по радиусу towardcenter).
Пошаговое объяснение:
Предположим материальную точку движется по окружности радиусом r с постоянной скоростью v (равномерное круговое движение).
Вектор скорости направлен по касательной к окружности и изменяет направление со временем, даже если величина скорости не меняется.
Изменение направления скорости означает наличие ускорения. В случае равномерного движения по окружности ускорение направлено к центру окружности. Его величина: a_c = v^2 / r.
Центростремительная сила есть сила, которая инициализирует это ускорение по закону Ньютона: F_c = m a_c. Следовательно, F_c = m (v^2 / r) и направлена к центру окружности (вдоль радиуса внутрь).
Векторная запись, если взять радиальный единичный вектор e_r, направленный от центра к точке на окружности (вдоль радиуса наружу), будет: F_c = - (m v^2 / r) e_r, то есть направление противоположно наружному радиусу — к центру.
Замечание: центростремительная сила — это направление результирующей силы, обеспечивающей движение по окружности; при равномерном движении она всегда направлена к центру вращения.
