- 向心力
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如图所示,赵宏博以自己为转动轴拉着申雪做匀速圆周运动,若赵宏博的转速为30r/min,申雪触地冰鞋的线速度为4.7m/s.求:
(1)申雪做圆周运动的角速度;
(2)申雪触地冰鞋做圆周运动的半径;
(3)若他们手拉手绕他们连线上的某点做匀速圆周运动,已知男、女运动员触地冰鞋的线速度分别为3.6m/s和4.8m/s,求男、女运动员做圆周运动的半径之比为多少?是什么力使运动员做曲线运动?
正确答案
解:(1)申雪的转速为:n=30 r/min=0.5 r/s
其角速度为:ω=2πn=πrad/s;
(2)设触地冰鞋做圆周运动的半径为r,根据公式v=ωr,有:
r==
=1.5m;
(3)他们手拉手绕他们连线上的某点做同周期的匀速圆周运动,角速度相等,
则:=
,
解得:=
=
拉力提供向心力,使运动员做曲线运动.
答:(1)申雪做圆周运动的角速度为πrad/s;
(2)申雪触地冰鞋做圆周运动的半径为1.5m;
(3)男、女运动员做圆周运动的半径之比为3:4,是运动员手之间的拉力使运动员做曲线运动.
解析
解:(1)申雪的转速为:n=30 r/min=0.5 r/s
其角速度为:ω=2πn=πrad/s;
(2)设触地冰鞋做圆周运动的半径为r,根据公式v=ωr,有:
r==
=1.5m;
(3)他们手拉手绕他们连线上的某点做同周期的匀速圆周运动,角速度相等,
则:=
,
解得:=
=
拉力提供向心力,使运动员做曲线运动.
答:(1)申雪做圆周运动的角速度为πrad/s;
(2)申雪触地冰鞋做圆周运动的半径为1.5m;
(3)男、女运动员做圆周运动的半径之比为3:4,是运动员手之间的拉力使运动员做曲线运动.
杂技表演“飞车走壁”的演员骑着摩托车飞驶在光滑的圆锥形筒壁上,筒的轴线垂直于水平面,圆锥筒固定不动,演员和摩托车的总质量为m,先后在A、B两处紧贴着内壁分别在图中虚线所示的水平面内做匀速圆周运动,则以下说法中不正确的是( )
正确答案
解析
解:重力不变,支持力方向相同,根据力的合成,知在A、B两处两支持力大小、合力大小相等.根据F合=m=mrω2得,v=
,ω=
,知半径越大,线速度越大,角速度越小.所以A处的线速度大于B处的线速度,A处的角速度小于B处的角速度.故A、B、D正确,C错误.
本题选错误的,故选C.
如图(a)所示,一质量为m的滑块(可视为质点)沿某斜面顶端A由静止滑下,已知滑块与斜面间的动摩擦因数μ和滑块到斜面顶端的距离x的关系如图(b)所示.斜面倾角为37°,长为L,有一半径为R=的光滑竖直半圆轨道刚好与斜面底端B相接,且直径BC与水平面垂直,假设滑块经过B点时没有能量损失.求:
(1)滑块滑至斜面中点时的加速度大小;
(2)滑块滑至斜面底端时的速度大小;
(3)试分析滑块能否滑至光滑竖直半圆轨道的最高点C.如能,请求出在最高点时滑块对轨道的压力;如不能,请说明理由.
正确答案
解:(1)滑块滑到中点时,由(b)图可知,μ=0.5.
根据牛顿第二定律得,mgsin37°-μmgcos37°=ma
解得a=0.2g.
(2)滑块由顶端滑至底端,由动能定理得:
由图b的物理意义得:
解得:.
(3)设滑块能运动到C点,则从B到C,由动能定理:
解得:.
如滑块恰好滑到C点:
解得:
所以滑块能够到达C点
当滑块滑到C点时:
解得N=3mg
由牛顿第三定律得滑块在C点时对轨道的压力N′=N=3mg.
答:(1)滑块滑至斜面中点时的加速度大小为0.2g.
(2)滑块滑至斜面底端时的速度大小.
(3)能滑动半圆轨道的最高点,在最高点时滑块对轨道的压力为3mg.
解析
解:(1)滑块滑到中点时,由(b)图可知,μ=0.5.
根据牛顿第二定律得,mgsin37°-μmgcos37°=ma
解得a=0.2g.
(2)滑块由顶端滑至底端,由动能定理得:
由图b的物理意义得:
解得:.
(3)设滑块能运动到C点,则从B到C,由动能定理:
解得:.
如滑块恰好滑到C点:
解得:
所以滑块能够到达C点
当滑块滑到C点时:
解得N=3mg
由牛顿第三定律得滑块在C点时对轨道的压力N′=N=3mg.
答:(1)滑块滑至斜面中点时的加速度大小为0.2g.
(2)滑块滑至斜面底端时的速度大小.
(3)能滑动半圆轨道的最高点,在最高点时滑块对轨道的压力为3mg.
如图所示,一质量为m=1kg的小物块轻轻放在水平匀速运动的传送带上的A点,随传送带运动到B点,小物块从C点沿圆弧切线进入竖直光滑的半圆轨道恰能做圆周运动,已知圆弧半径R=0.9m,轨道最低点为D,D点距水平面的高度h=0.8m.已知小物块与传送带间的动摩擦因数μ=0.3,传送带以5m/s恒定速率顺时针转动,g=10m/s2.求:
(1)传送带AB两端的距离;
(2)小物块经过D点时对轨道的压力的大小.
正确答案
解:(1)对小物块,在C点恰能做圆周运动,由牛顿第二定律得:mg=m,则vC=
=
=3m/s.
由于v1=3m/s<5m/s,小物块在传送带上一直加速,则由A到B有:a==μg=3m/s2,
传送带AB两端的距离 xAB==
m=1.5m.
(2)对小物块,由C到D,由动能定理得 2mgR=-
解得 vD=
在D点FN-mg=m,解得FN=6mg=60N.
由牛顿第三定律知小物块对轨道的压力大小为FN′=FN=60N
答:
(1)传送带AB两端的距离为1.5m.
(2)小物块经过D点时对轨道的压力的大小为60N.
解析
解:(1)对小物块,在C点恰能做圆周运动,由牛顿第二定律得:mg=m,则vC=
=
=3m/s.
由于v1=3m/s<5m/s,小物块在传送带上一直加速,则由A到B有:a==μg=3m/s2,
传送带AB两端的距离 xAB==
m=1.5m.
(2)对小物块,由C到D,由动能定理得 2mgR=-
解得 vD=
在D点FN-mg=m,解得FN=6mg=60N.
由牛顿第三定律知小物块对轨道的压力大小为FN′=FN=60N
答:
(1)传送带AB两端的距离为1.5m.
(2)小物块经过D点时对轨道的压力的大小为60N.
质量为4.0×103kg的汽车以10m/s的速率通过一半径为40m的凸形桥,汽车通过桥顶时对桥的压力大小是______N,若要汽车通过桥顶时对桥顶压力为零,那么它的速率是______m/s.(g取10m/s2)
正确答案
3×104
20
解析
解:汽车通过凸圆弧形桥顶部时,由汽车的重力和桥面的支持力提供汽车的向心力,根据牛顿第二定律得:
mg-FN=m
得:FN=mg-m
代入数据得:FN=3×104N
又由牛顿第三定律得,桥面受到汽车的压力大小为:FN′=FN=3×104N.
当FN=0时,mg=m
得到:v0==
=20m/s
故答案为:3×104,20.
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