Centripetal force, moment of inertia and torque calculator

Centripetal force and acceleration from mass, speed and radius; rpm to rad/s and period; moment of inertia of nine shapes; torque from force and lever arm.

Cập nhật Ví dụ đã kiểm tra: 7

Thử
Centripetal force
N
Centripetal force: 8,000 N
Số chữ số có nghĩa: 6; Gần nhất; nếu cách đều thì ra xa số không
Centripetal acceleration
8m/s² / 0.815773g
Tốc độ
20m/s / 72km/h
Bán kính
50m
Angular velocity
0.4rad/s
Revolutions per minute
3.81972rpm
Period (one revolution)
15.708s

Keeping 1,000 kg on a 50 m circle at 20 m/s takes 8,000 N directed at the centre — an acceleration of 0.816 g.

Velocity is tangent, acceleration points to the centre

1,000 kgv = 20 m/sF = 8,000 Nr = 50 m
Cách tính S
  1. Centripetal force

    Fc=mv2r=(1,000)(20)250=8,000 NF_c = \frac{mv^2}{r} = \frac{(1{,}000)(20)^2}{50} = 8{,}000\ \mathrm{N}
  2. Centripetal acceleration

    ac=v2r=8 m/s2=0.8158 ga_c = \frac{v^2}{r} = 8\ \mathrm{m/s^2} = 0.8158\,g
  3. Angular velocity

    ω=vr=0.4 rad/s\omega = \frac{v}{r} = 0.4\ \mathrm{rad/s}

Giới thiệu Centripetal force, moment of inertia and torque calculator

Centripetal force is the inward pull that keeps a mass on a circular path: F = mv²/r, with the centripetal acceleration a = v²/r = ω²r pointing at the centre. The other modes convert a rotation rate between rpm, rad/s, hertz and period (ω = 2πf), give the moment of inertia I of nine standard shapes, and work out torque τ = rF sin θ and angular acceleration α = τ/I.

The default is a 1,000 kg car taking a 50 m radius curve at 20 m/s (72 km/h). The tyres must supply 8,000 N of sideways grip, an acceleration of 8 m/s² or 0.816 g. In torque mode, a 50 N push at 90° on a 0.3 m wrench gives 15 N·m.

Results assume uniform circular motion and rigid bodies of uniform density. Mass farther from the axis raises I, so a thin hoop has twice the moment of inertia of a solid disc with the same mass and radius.

Ví dụ có lời giải

1000 kg car at 20 m/s on a 50 m curve

Calculate
Centripetal force
Solve for
Lực
Khối lượng
1000 kg
Tốc độ
20 m/s
Radius of the circle
50 m
Centripetal force
8,000 N
Centripetal acceleration
8 m/s²
Angular velocity
0.4 rad/s

Nguồn đối chiếu: Python 3.8 decimal: a = 400/50 = 8, F = 8000, ω = v/r = 0.4

Speed that needs 500 N on 10 kg at 2 m

Calculate
Centripetal force
Solve for
Tốc độ
Khối lượng
10 kg
Radius of the circle
2 m
Centripetal force
500 N
Tốc độ
10 m/s

Nguồn đối chiếu: Python 3.8 decimal: v = √(Fr/m) = √100

3000 rpm at 10 cm

Calculate
Angular velocity
Radius of the circle
0.1 m
Rotation rate
3000 rpm
Angular velocity
314.159 rad/s
Tần số
50 Hz
Period (one revolution)
0.02 s
Tốc độ
31.4159 m/s

Nguồn đối chiếu: Python 3.8 math: ω = 2π·3000/60, v = ωr

Solid sphere 5 kg, R = 0.2 m

Calculate
Moment of inertia
Mass of the body
5 kg
Shape and axis
Solid sphere (through centre)
Radius R (outer R₁ for thick cylinder)
0.2 m
Moment of inertia
0.08 kg·m²

Nguồn đối chiếu: Serway Table 10.2: I = 2/5 MR² = 0.4 × 5 × 0.04

Câu hỏi

What is the formula for centripetal force?

F = mv²/r, with mass m in kilograms, speed v in metres per second and radius r in metres, giving newtons. Equivalent forms are F = mω²r and F = 4π²mr/T². Doubling the speed quadruples the force and doubling the radius halves it: a 1,000 kg car at 20 m/s on a 50 m curve needs 8,000 N, and at 40 m/s it would need 32,000 N.

How do you convert rpm to rad/s?

Multiply rpm by 2π/60, about 0.10472. 3,000 rpm is 314.159 rad/s, or 50 revolutions per second (50 Hz), so one revolution takes 0.02 s. To go back, multiply rad/s by 60/(2π), about 9.5493. The radian is the coherent SI unit of plane angle (BIPM SI Brochure), so rad/s is the SI unit of angular velocity.

Is centrifugal force real?

Not in an inertial, non-rotating frame of reference: there, the only horizontal force on a cornering car is the inward centripetal force from the tyres. Centrifugal force appears only when motion is described from inside the rotating frame, where it has the same size, mv²/r, pointing outward. The outward push a passenger feels is their body's inertia carrying it in a straight line while the car turns.

What is the moment of inertia of a solid disc?

I = ½MR² about its central axis, so a 5 kg disc of radius 0.2 m has I = 0.5 × 5 × 0.2² = 0.1 kg·m². Other standard results are MR² for a thin hoop, ⅖MR² for a solid sphere, ⅔MR² for a thin spherical shell, and ML²/12 or ML²/3 for a thin rod about its centre or one end (Serway and Jewett, Table 10.2).

How do you calculate torque?

Torque is τ = rF sin θ, where r is the distance from the axis to the point where the force acts and θ is the angle between the arm and the force. A 50 N push at 90° on a 0.3 m wrench gives 15 N·m; the same push along the handle (θ = 0°) gives none. One newton-metre is 0.7376 pound-force feet.

“Centripetal force, moment of inertia and torque calculator” chính xác đến mức nào?

Độ chính xác phụ thuộc vào dữ liệu nhập và giả định của phương pháp. Phép tính thập phân dùng 50 chữ số có nghĩa, nhưng ước lượng, phương pháp số và dữ liệu nguồn có thể kém chính xác hơn; làm tròn khi hiển thị không loại bỏ các giới hạn đó. Ví dụ có lời giải đã đối chiếu với nguồn độc lập: 7. Ví dụ, “1000 kg car at 20 m/s on a 50 m curve” được kiểm tra bằng Python 3.8 decimal: a = 400/50 = 8, F = 8000, ω = v/r = 0.4.

Phương pháp này lấy từ đâu?

OpenStax University Physics Volume 1, §6.3 Centripetal force; §10.5 Calculating moments of inertia; §10.6 Torque; Serway & Jewett, Physics for Scientists and Engineers, Table 10.2 — Moments of inertia of homogeneous rigid objects.

Về công cụ tính này

ac=v2r=ω2r,Fc=mv2r,ω=2πf=2π rpm60,I=∑mr2,τ=rFsin⁡θ=Iαa_c = \frac{v^2}{r} = \omega^2 r,\quad F_c = \frac{mv^2}{r},\quad \omega = 2\pi f = \frac{2\pi\,\text{rpm}}{60},\quad I = \sum m r^2,\quad \tau = rF\sin\theta = I\alpha

Nguồn

  1. OpenStax University Physics Volume 1, §6.3 Centripetal force; §10.5 Calculating moments of inertia; §10.6 Torque
  2. Serway & Jewett, Physics for Scientists and Engineers, Table 10.2 — Moments of inertia of homogeneous rigid objects

Đã đối chiếu nguồn tham khảo

Công cụ tính này có 7 ví dụ đã giải với đáp án từ các nguồn độc lập. Chúng được chạy trong bộ kiểm thử và bạn cũng có thể chạy tại đây.

Công cụ liên quan