- 向心力
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绳系着装有水的水桶,在竖直平面内做圆周运动,水的质量m=0.5kg,绳长L=80cm,求:(g=10m/s2)
(1)最高点水不流出的最小速率?
(2)水在最高点速率V=4m/s时,桶底对水的压力?
正确答案
解:(1)最高点,当水对桶底的压力为零时,速率最小.根据牛顿第二定律得:mg=
解得:v0=.
(2)根据牛顿第二定律得:
解得:N=.
答:(1)最高点水不流出的最小速率为2m/s;
(2)桶底对水的压力5N.
解析
解:(1)最高点,当水对桶底的压力为零时,速率最小.根据牛顿第二定律得:mg=
解得:v0=.
(2)根据牛顿第二定律得:
解得:N=.
答:(1)最高点水不流出的最小速率为2m/s;
(2)桶底对水的压力5N.
如图所示,质量为1kg的小球用长为0.5m的细线悬挂在O点,O点距地面高度为5.4m.如果使小球绕OO′轴在水平面内做圆周运动,若细线受到拉力为12.5N时就会拉断,求:
(1)当小球的角速度为多大时线将断裂?
(2)小球落地点与悬点的水平距离.(g取10m/s2)
正确答案
解:(1)小球在水平面内做圆周运动时,由重力G和拉力F的合力提供向心力,当绳子拉力为12.5N时,向心力最大,则有:
F合==
=7.5N
合力与竖直方向之间的夹角:
则:θ=37°
根据几何关系得:r=L•sin37°=0.5×0.6=0.3m
根据向心力公式得:
F合=mω2r
代入数据解得:ω=5rad/s
(2)绳断裂后,小球做平抛运动,初速度为:v=ωr=5×0.3=1.5m/s
竖直方向下落的高度为:h=5.4-0.5×cos37°=5.0m
所以t=s
水平位移为:x0=vt=1.5×1=1.5m
则:x=m
答:(1)当小球的角速度为5rad/s时,线将断裂.
(2)断裂后小球落地点与悬点的水平距离为m.
解析
解:(1)小球在水平面内做圆周运动时,由重力G和拉力F的合力提供向心力,当绳子拉力为12.5N时,向心力最大,则有:
F合==
=7.5N
合力与竖直方向之间的夹角:
则:θ=37°
根据几何关系得:r=L•sin37°=0.5×0.6=0.3m
根据向心力公式得:
F合=mω2r
代入数据解得:ω=5rad/s
(2)绳断裂后,小球做平抛运动,初速度为:v=ωr=5×0.3=1.5m/s
竖直方向下落的高度为:h=5.4-0.5×cos37°=5.0m
所以t=s
水平位移为:x0=vt=1.5×1=1.5m
则:x=m
答:(1)当小球的角速度为5rad/s时,线将断裂.
(2)断裂后小球落地点与悬点的水平距离为m.
如图所示,在光滑的水平面上放着一个质量为M=0.39kg的木块(可视为质点),在木块正上方1m处有一个固定悬点O,在悬点O和木块之间连接一根长度为1m的轻绳(轻绳不可伸长).有一颗质量为m=0.01kg的子弹以400m/s的速度水平射入木块并留在其中,随后木块开始绕O点在竖直平面内做圆周运动.g取10m/s2.
求(1)当木块刚离开水平面时的轻绳对木块的拉力多大?
(2)求子弹射入木块过程中损失的机械能
(3)要使木块能绕O点在竖直平面内做圆周运动,求子弹的射入的最小速度.
正确答案
解:(1)设子弹射入木块后共同速度为V,
由动量守恒定律可得:mv0=(M+m)v,
v=10(m/s)
T-(m+M)g=(m+M)
解得:T=4+0.4×=44N
(2)=
=780J
(3)要使木块能绕O点在竖直平面内做圆周运动,在最高点速度
由机械能守恒得:
解得:v≥
根据动量守恒定律得:
mv0=(M+m)v,
解得:
答:(1)当木块刚离开水平面时的轻绳对木块的拉力为44N;
(2)子弹射入木块过程中损失的机械能为780J;
(3)要使木块能绕O点在竖直平面内做圆周运动,子弹的射入的最小速度为.
解析
解:(1)设子弹射入木块后共同速度为V,
由动量守恒定律可得:mv0=(M+m)v,
v=10(m/s)
T-(m+M)g=(m+M)
解得:T=4+0.4×=44N
(2)=
=780J
(3)要使木块能绕O点在竖直平面内做圆周运动,在最高点速度
由机械能守恒得:
解得:v≥
根据动量守恒定律得:
mv0=(M+m)v,
解得:
答:(1)当木块刚离开水平面时的轻绳对木块的拉力为44N;
(2)子弹射入木块过程中损失的机械能为780J;
(3)要使木块能绕O点在竖直平面内做圆周运动,子弹的射入的最小速度为.
如图所示,一根细线下端拴一个金属小球P,细线的上端固定在金属块Q上,Q放在带小孔(小孔光滑)的水平桌面上,小球在某一水平面内做匀速圆周运动.现使小球改到一个更高一些的水平面上作匀速圆周运动(图中P′位置),两次金属块Q都静止在桌面的同一点,则后一种情况与原来相比较,下列判断中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、设细线与竖直方向的夹角为θ,细线的拉力大小为T,细线的长度为L.P球做匀速圆周运动时,由重力和细线的拉力的合力提供向心力,如图,则有:T=
,角度变大,拉力变大,故A正确;
B、mgtanθ=ma,加速度a=gtanθ,角度变大,加速度增大,故B正确;
C、mgtanθ=mLsinθ知T=2π
,角度变大,周期变小,故C错误;
D、动能增大,重力势能也变大,故机械能增大,故D正确;
故选:ABD
如图所示,飞机做特技表演时,常做俯冲拉起运动,此运动在最低点附近可看作是半径为500m的圆周运动.若飞行员的质量为65kg,飞机经过最低点时速度为360km/h,则这时飞行员对座椅的压力为:(取g=10m/s2)( )
正确答案
解析
解:以飞行员为研究对象,设其受坐椅支持力为F,则有:
F-mg=m
其中m=65kg,v=360km/h=100m/s,R=500m
解得:F=mg+m=650N+65×
N=1950N
由牛顿第三定律知飞行员对坐椅的压力为:F′=F=1950N
故选:D
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