- 向心力
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如图所示,一质量为0.5kg的小球,用0.4m长的细线拴住在竖直面内作圆周运动,已知它在最高点的速率为4m/s,在最低点的速率为4
m/s,g取10m/s2求:
(1)小球在圆上最高点时,细线的拉力F;
(2)小球在圆上最低点时,细线的拉力T.
正确答案
解:(1)从最低点到最高点的过程中,根据动能定理得:
-mg•2r=-
得 v2==
=4m/s
当小球在圆上最高点时,根据牛顿第二定律得:
F+mg=m
得到:F=m(-g)=0.5×(
-10)N=15N
(2)当小球在圆上最低点时,有
T-mg=m
解得:T=m(+g)=0.5×[
+10]N=45N
答:
(1)小球在圆上最高点时,细线的拉力F是15N;
(2)小球在圆上最低点时,细线的拉力T是45N.
解析
解:(1)从最低点到最高点的过程中,根据动能定理得:
-mg•2r=-
得 v2==
=4m/s
当小球在圆上最高点时,根据牛顿第二定律得:
F+mg=m
得到:F=m(-g)=0.5×(
-10)N=15N
(2)当小球在圆上最低点时,有
T-mg=m
解得:T=m(+g)=0.5×[
+10]N=45N
答:
(1)小球在圆上最高点时,细线的拉力F是15N;
(2)小球在圆上最低点时,细线的拉力T是45N.
在一段半径为R=9m的圆弧形水平弯道上,已知弯道路面对汽车轮胎的最大静摩擦力等于车重的0.4倍,则汽车顺利拐弯时的最大速度是______m/s.
正确答案
6
解析
解:汽车拐弯时靠静摩擦力提供向心力,当汽车所受的静摩擦力达到最大时,速度最大.
由牛顿第二定律得:0.4mg=m,
解得:vm==
m/s=6m/s;
故答案为:6
如图所示,匀速转动的水平转台上,沿半径方向放置两个用细线相连的小物块A、B(可视为质点),质量分别为mA=3kg、mB=1kg;细线长L=2m,A、B与转台间的动摩擦因数μ=0.2.开始转动时A放在转轴处,细线刚好拉直但无张力,重力加速度G=10m/s2.最大静摩擦力等于滑动摩擦力.求:
(1)使细线刚好拉直但无张力,转台转动的最大角速度ω1为多少;
(2)使A、B能随转台一起匀速圆周运动,转台转动的最大角速度ω2为多少.
正确答案
解:(1)当转台角速度为ω1时,B与转台间摩擦力恰好达最大静摩擦力,细绳的弹力刚好为零;有:
带入数值解得:ω1=1rad/s
(2)当转台角速度为ω2时,A、B与转台间摩擦力都达最大静摩擦力,则:
对A有:μmAg=T; 对B有:
带入数值解得:ω2=2rad/s
答:(1)使细线刚好拉直但无张力,转台转动的最大角速度ω1为1rad/s;
(2)使A、B能随转台一起匀速圆周运动,转台转动的最大角速度ω2为2rad/s.
解析
解:(1)当转台角速度为ω1时,B与转台间摩擦力恰好达最大静摩擦力,细绳的弹力刚好为零;有:
带入数值解得:ω1=1rad/s
(2)当转台角速度为ω2时,A、B与转台间摩擦力都达最大静摩擦力,则:
对A有:μmAg=T; 对B有:
带入数值解得:ω2=2rad/s
答:(1)使细线刚好拉直但无张力,转台转动的最大角速度ω1为1rad/s;
(2)使A、B能随转台一起匀速圆周运动,转台转动的最大角速度ω2为2rad/s.
如图所示为表演“杂技飞车走壁”的示意图,演员骑摩托车在一个锥形圆桶结构的内壁上飞驰,做匀速圆周运动,图中a、b两个虚线圆表示同一位演员骑同一辆摩托车,在离地面不同高度处进行表演的运动轨迹.不考虑车轮受到的侧向摩擦,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、以任摩托车为研究对象,作出力图,如图.设侧壁与竖直方向的夹角为θ,
则根据牛顿第二定律,
得mgcotθ=mω2r,得到ω=,θ相同,r大,则ω大,故在b轨道上运动时角速度较大.故A正确.
B、根据得,v=
,r大,则v大,则在a轨道上运动时线速度较大.故B错误.
C、设侧壁对车的支持力为FN,则由图得到
FN=,因两车质量相等,故FN大小相等.故C错误.
D、向心力Fn=mgcotθ,因两车质量相等,故Fn大小相等.故D错误.
故选:A.
一汽车通过拱形桥顶点时的速度为10m/s,车对桥顶的压力为车重的,如果要使汽车在桥顶对桥面没有压力,车速至少为多大?
正确答案
解:车对桥顶的压力为G,则桥顶对车的支持力为
G;
由向心力公式可得:
mg-mg=m
;
解得:r=40m;
当汽车对桥面没有压力时,重力提供向心力,即为:mg=m;
解得:v0==20m/s;
答:汽车在桥顶对桥面没有压力时,车速至少为20m/s.
解析
解:车对桥顶的压力为G,则桥顶对车的支持力为
G;
由向心力公式可得:
mg-mg=m
;
解得:r=40m;
当汽车对桥面没有压力时,重力提供向心力,即为:mg=m;
解得:v0==20m/s;
答:汽车在桥顶对桥面没有压力时,车速至少为20m/s.
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