Learning Objective 5.1.A: Describe the rotation of a system with respect to time using angular displacement, angular velocity, and angular acceleration.
- 5.1.A.1 Angular displacement is the measurement of the angle, in radians, through which a point on a rigid system rotates about a specified axis.
- Equation: $\Delta\theta = \theta - \theta_0$
- 5.1.A.1.i A rigid system is one that holds its shape but in which different points on the system move in different directions during rotation. A rigid system cannot be modeled as an object.
- 5.1.A.1.ii One direction of angular displacement about an axis of rotation—clockwise or counterclockwise—is typically indicated as mathematically positive, with the other direction becoming mathematically negative.
- 5.1.A.1.iii If the rotation of a system about an axis may be well described using the motion of the system's center of mass, the system may be treated as a single object. For example, the rotation of Earth about its axis may be considered negligible when considering the revolution of Earth about the center of mass of the Earth–Sun system.
- 5.1.A.2 Average angular velocity is the average rate at which angular position changes with respect to time.
- Equation: $\omega_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta\theta}{\Delta t}$
- 5.1.A.3 Average angular acceleration is the average rate at which the angular velocity changes with respect to time.
- Equation: $\alpha_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta\omega}{\Delta t}$
- 5.1.A.4 Angular displacement, angular velocity, and angular acceleration around one axis are analogous to linear displacement, velocity, and acceleration in one dimension and demonstrate the same mathematical relationships.
- 5.1.A.4.i For constant angular acceleration, the mathematical relationships between angular displacement, angular velocity, and angular acceleration can be described with the following equations:
- Equation: $\omega = \omega_0 + \alpha t$
- Equation: $\theta = \theta_0 + \omega_0 t + \dfrac{1}{2}\alpha t^2$
- Equation: $\omega^2 = \omega_0^2 + 2\alpha(\theta - \theta_0)$
- 5.1.A.4.ii Graphs of angular displacement, angular velocity, and angular acceleration as functions of time can be used to find the relationships between those quantities.
- 5.1.A.4.i For constant angular acceleration, the mathematical relationships between angular displacement, angular velocity, and angular acceleration can be described with the following equations:
Boundary statement: Descriptions of the directions of rotation for a point or object are limited to clockwise and counterclockwise with respect to a given axis of rotation.
Mục tiêu học tập 5.1.A: Mô tả chuyển động quay của hệ theo thời gian bằng cách sử dụng độ dịch chuyển góc, vận tốc góc và gia tốc góc.
- 5.1.A.1 Độ dịch chuyển góc là phép đo góc (tính bằng radian) mà một điểm trên hệ cứng quay quanh một trục xác định.
- Phương trình: $\Delta\theta = \theta - \theta_0$
- 5.1.A.1.i Hệ cứng là hệ giữ nguyên hình dạng nhưng các điểm khác nhau trên hệ chuyển động theo các hướng khác nhau trong quá trình quay. Một hệ cứng không thể được mô hình hóa như một vật thể.
- 5.1.A.1.ii Một chiều của độ dịch chuyển góc quanh trục quay—theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ—thường được quy ước là dương trong toán học, còn chiều kia trở thành âm.
- 5.1.A.1.iii Nếu chuyển động quay của hệ quanh một trục có thể được mô tả tốt bằng chuyển động của tâm khối lượng của hệ, thì hệ có thể được xem xét như một vật thể duy nhất. Ví dụ, khi xét chuyển động quỹ đạo của Trái Đất quanh tâm khối lượng của hệ Trái Đất - Mặt Trời, sự quay của Trái Đất quanh trục của chính nó có thể coi là không đáng kể.
- 5.1.A.2 Vận tốc góc trung bình là tốc độ thay đổi trung bình của vị trí góc theo thời gian.
- Phương trình: $\omega_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta\theta}{\Delta t}$
- 5.1.A.3 Gia tốc góc trung bình là tốc độ thay đổi trung bình của vận tốc góc theo thời gian.
- Phương trình: $\alpha_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta\omega}{\Delta t}$
- 5.1.A.4 Độ dịch chuyển góc, vận tốc góc và gia tốc góc quanh một trục tương tự như độ dịch chuyển, vận tốc và gia tốc tuyến tính theo một chiều và thể hiện các mối quan hệ toán học giống nhau.
- 5.1.A.4.i Đối với gia tốc góc không đổi, các mối quan hệ toán học giữa độ dịch chuyển góc, vận tốc góc và gia tốc góc có thể được mô tả bằng các phương trình sau:
- Phương trình: $\omega = \omega_0 + \alpha t$
- Phương trình: $\theta = \theta_0 + \omega_0 t + \dfrac{1}{2}\alpha t^2$
- Phương trình: $\omega^2 = \omega_0^2 + 2\alpha(\theta - \theta_0)$
- 5.1.A.4.ii Đồ thị biểu diễn độ dịch chuyển góc, vận tốc góc và gia tốc góc theo thời gian có thể được sử dụng để tìm các mối quan hệ giữa các đại lượng đó.
- 5.1.A.4.i Đối với gia tốc góc không đổi, các mối quan hệ toán học giữa độ dịch chuyển góc, vận tốc góc và gia tốc góc có thể được mô tả bằng các phương trình sau:
Tuyên bố giới hạn: Các mô tả về chiều quay của một điểm hoặc vật chỉ giới hạn ở chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ so với một trục quay xác định.

