- 向心力
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“飞车走壁”是一种传统的杂技艺术,演员骑车在倾角很大的桶面上做圆周运动而不掉下来.如图所示,已知桶壁的倾角为θ,车和人的总质量为m,做圆周运动的半径为r.若使演员骑车做圆周运动时不受桶壁的摩擦力,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、人和车所受的合力为:F合=mgtanθ,根据mgtanθ=m
得:
v=.故A、B错误.
CD、根据平行四边形定则知,桶面对车的弹力为:N=.故C正确,D错误.
故选:C.
长度为0.5m的轻杆OA,A端有一质量为3.0kg的小球,现使小球以O点为圆心在竖直面内做圆周运动,通过最高点时小球的速率为2.0m/s,则此时杆对小球的作用力( )(g=10m/s2)
正确答案
解析
解:小球以O点为圆心在竖直平面内作圆周运动,当在最高点小球与细杆无弹力作用时,小球的速度为V1,则有:
mg=m
得:v1==
m/s
由于m/s>2m/s,故小球受到细杆的支持力;
小球在O点受重力与支持力,根据牛顿第二定律,有:
mg-N=m
则N=mg-m=30-3×
=24N
故AC错误,BD正确;
故选:BD.
汽车在水平路面上做环绕运动,设轨道圆半径为R,路面汽车的最大静摩擦力是车重的,要使汽车不冲出跑道,汽车运动速度不得超过______.
正确答案
解析
解:以汽车为研究对象,当汽车受到的静摩擦力达到最大值时速度达到最大,设最大速度为vm.
根据牛顿第二定律得:
fm=
又由题意有:fm=mg
联立解得:vm==
故答案为:
如图所示,行车通过长为5米的吊臂,吊着质量为1吨的钢材,以v=2m/s速度沿水平方向匀速行驶,行车突然停车,问:
(1)行车突然停车前,吊钩受到的拉力多大?
(2)行车突然停车后,钢材做什么运动?
(3)行车突然停车的瞬间,吊钩受到的拉力多大?(g取10m/s2)
正确答案
解:(1)由二力平衡条件知:F=mg=104N
即行车在行驶过程中,吊钩受到的拉力F等于104N.
(2)(3)由题意知,行车突然停车的瞬间,钢材开始做圆周运动,其所受合力提供向心力,
即:F′-mg=m
故F′=m(g+)=1.08×104N
答:(1)行车突然停车前,吊钩受到的拉力为104N;
(2)行车突然停车后,钢材做圆周运动;
(3)行车突然停车的瞬间,吊钩受到的拉力为1.08×104N.
解析
解:(1)由二力平衡条件知:F=mg=104N
即行车在行驶过程中,吊钩受到的拉力F等于104N.
(2)(3)由题意知,行车突然停车的瞬间,钢材开始做圆周运动,其所受合力提供向心力,
即:F′-mg=m
故F′=m(g+)=1.08×104N
答:(1)行车突然停车前,吊钩受到的拉力为104N;
(2)行车突然停车后,钢材做圆周运动;
(3)行车突然停车的瞬间,吊钩受到的拉力为1.08×104N.
如图,长为R=0.9m的轻杆,在其一端固定一物块(看成质点),物块质量m=0.9kg,以O点为轴使物块在竖直平面内做圆周运动,其右端有一倾斜的传送带正在以速度v0=16m/s顺时针方向转动,传送带顶端与圆周最高点相距,忽略传送带圆弧部分的影响.当物块经过最高点时,(g取10m/s2)
(1)若物块刚好对杆没有作用力,则物块速度vx为多大?
(2)在第(1)问的情况下,若物块从最高点脱出做平抛运动,要使物块刚好从传送带顶端与传送带相切进入传送带,则传送带的倾角θ应该为多大?
(3)在第(2)问的情况下,若传送带长为L=11m,物块与传送带之间的动摩擦因数为μ=,则物块从传送带顶端运动到底端的时间是多少?
正确答案
解:(1)物块在竖直面内做圆周运动,通过最高时与杆没有作用力,其重力充当向心力,有:
mg=
解得vx=
(2)当物块下降到达传送带顶端时,设其竖直方向分速度为vy,则速度-位移公式得
vy2=2g
vy=
要使物块与传送带相切进入传送带,则传送带的倾角必须等于物块速度与水平方向的夹角,即
tanθ=
即θ=60°
(3)当物块到达传送带顶端时,其速度大小<v0=16m/s
因物块速度小于传送带速度,物块沿传送带加速下滑,设其加速度为a,由牛顿第二定律得
mgsinθ+μmgsinθ=ma
解得a=m/s2
设物块时间t能够达到与传送带相同速度,由速度公式得
v0=v+at
解得t=
即通过1s后物块刚好到达传送带底端,所以物块从传送带顶端运动到底端的时间是1s.
答:(1)若物块刚好对杆没有作用力,则物块速度vx为3m/s;(2)传送带的倾角θ应该为60度;(3)物块从传送带顶端运动到底端的时间是.
解析
解:(1)物块在竖直面内做圆周运动,通过最高时与杆没有作用力,其重力充当向心力,有:
mg=
解得vx=
(2)当物块下降到达传送带顶端时,设其竖直方向分速度为vy,则速度-位移公式得
vy2=2g
vy=
要使物块与传送带相切进入传送带,则传送带的倾角必须等于物块速度与水平方向的夹角,即
tanθ=
即θ=60°
(3)当物块到达传送带顶端时,其速度大小<v0=16m/s
因物块速度小于传送带速度,物块沿传送带加速下滑,设其加速度为a,由牛顿第二定律得
mgsinθ+μmgsinθ=ma
解得a=m/s2
设物块时间t能够达到与传送带相同速度,由速度公式得
v0=v+at
解得t=
即通过1s后物块刚好到达传送带底端,所以物块从传送带顶端运动到底端的时间是1s.
答:(1)若物块刚好对杆没有作用力,则物块速度vx为3m/s;(2)传送带的倾角θ应该为60度;(3)物块从传送带顶端运动到底端的时间是.
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