سرعت زاویه‌ای: تعریف، فرمول‌ها و نحوه محاسبه (راهنمای جامع)
سرعت زاویه‌ای، معیاری برای سنجش میزان تغییرات موقعیت زاویه‌ای یک جسم در طول زمان است. به بیان ساده‌تر، سرعت زاویه‌ای نشان می‌دهد که یک جسم با چه سرعتی حول یک محور در حال دوران است. معمولاً سرعت زاویه‌ای را با حرف یونانی امگا (ω) نشان می‌دهند.
واحد اندازه‌گیری سرعت زاویه‌ای معمولاً رادیان بر ثانیه (rad/s) یا درجه بر ثانیه (deg/s) است. در محاسبات فیزیکی اغلب از رادیان بر ثانیه استفاده می‌شود. با استفاده از تبدیل‌های ساده واحد، می‌توان سرعت زاویه‌ای را بر حسب واحدهای مختلفی مانند رادیان بر دقیقه یا درجه بر دقیقه نیز بیان کرد. این انعطاف‌پذیری به کاربر این امکان را می‌دهد که متناسب با مسئله مورد نظر، از واحد مناسب استفاده کند؛ خواه این مسئله چرخ و فلک بزرگ باشد یا یک فرفره کوچک!
محاسبه سرعت زاویه‌ای: گام به گام
برای محاسبه سرعت زاویه‌ای، نیاز به درک مفهوم حرکت دورانی یک جسم و موقعیت زاویه‌ای آن (θ) داریم. سرعت زاویه‌ای متوسط یک جسم دوار را می‌توان با دانستن موقعیت زاویه‌ای اولیه (θ1) در زمان اولیه (t1) و موقعیت زاویه‌ای نهایی (θ2) در زمان نهایی (t2) محاسبه کرد. به این ترتیب، تغییرات کل موقعیت زاویه‌ای تقسیم بر تغییرات کل زمان، سرعت زاویه‌ای متوسط را به دست می‌دهد. این رابطه را می‌توان به صورت زیر نوشت (در اینجا Δ نشان‌دهنده "تغییرات" است):
- ωav: سرعت زاویه‌ای متوسط
- θ1: موقعیت زاویه‌ای اولیه (بر حسب درجه یا رادیان)
- θ2: موقعیت زاویه‌ای نهایی (بر حسب درجه یا رادیان)
- Δθ = θ2 - θ1: تغییرات موقعیت زاویه‌ای (بر حسب درجه یا رادیان)
- t1: زمان اولیه
- t2: زمان نهایی
- Δt = t2 - t1: تغییرات زمان
فرمول محاسبه سرعت زاویه‌ای متوسط:
ωav = ( θ2 - θ1) / ( t2 - t1) = Δ θ / Δ t
همان‌طور که در محاسبه سرعت متوسط خطی از موقعیت‌های ابتدایی و انتهایی استفاده می‌کنیم، برای محاسبه سرعت زاویه‌ای لحظه‌ای نیز می‌توانیم بازه‌های زمانی (Δt) را کوچک‌تر و کوچک‌تر کنیم. سرعت زاویه‌ای لحظه‌ای (ω) به عنوان حد ریاضی این مقدار تعریف می‌شود و با استفاده از حساب دیفرانسیل و انتگرال به صورت زیر بیان می‌شود:
فرمول محاسبه سرعت زاویه‌ای لحظه‌ای:
ω = Limit as Δ t approaches 0 of Δ θ / Δ t = dθ / dt
به عبارت دیگر، سرعت زاویه‌ای لحظه‌ای، مشتق موقعیت زاویه‌ای (θ) نسبت به زمان (t) است. این تعریف دقیقاً مطابق با تعریف اولیه ما از سرعت زاویه‌ای است.
مترادف‌ها: سرعت زاویه‌ای متوسط، سرعت زاویه‌ای لحظه‌ای
- فیزیک
- علم
