- 向心力
- 共7577题
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,小球在圆上最高点速度为4m/s.求:(g=10m/s2)
(1)小球在圆上最高点时细线的拉力是多少?
(2)小球运动到圆下最低点时的速度是多少?
正确答案
解:(1)当小球在最高点速度为4m/s时,重力和细线拉力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律得:
mg+T=m
解得:T=m(-g)=0.5×(
-10)N=15N.
(2)小球从最高点运动到最低点的过程,绳子的拉力不做功,机械能守恒,则得:
2mgL+=
得小球运动到最低点时的速度为:v′==
m/s=4
m/s.
答:(1)小球在圆上最高点时细线的拉力是15N.
(2)小球运动到圆下最低点时的速度是4m/s.
解析
解:(1)当小球在最高点速度为4m/s时,重力和细线拉力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律得:
mg+T=m
解得:T=m(-g)=0.5×(
-10)N=15N.
(2)小球从最高点运动到最低点的过程,绳子的拉力不做功,机械能守恒,则得:
2mgL+=
得小球运动到最低点时的速度为:v′==
m/s=4
m/s.
答:(1)小球在圆上最高点时细线的拉力是15N.
(2)小球运动到圆下最低点时的速度是4m/s.
长为L=0.5m的轻杆,其一端固定于O点,另一端连着质量m=1kg的小球,小球绕O点在竖直平面内做圆周运动,当它通过最高点速度v=3m/s时,小球受到细杆的作用力为大小为______N,是______.(填“拉力”或“支持力”)(g=10m/s2)
正确答案
8
拉力
解析
解:小球在最高点时,对小球受力分析,受重力G和杆的弹力N,假定弹力N向下,如图所示;
由牛顿第二定律和向心力公式得到,N+G=m;
由上式解得,N=m-mg=(1×
-1×10)N=8N>0;
因而杆对球为拉力;
故答案为:8,拉力.
如图所示为一水平转盘的示意图.转盘上有一质量为0.25Kg的铜块随转盘一起做匀速率转动,已知铜块与转盘之间的最大静摩擦力是1N.(g=10m/s2)
(1)如果铜块在盘上无滑动,试分析铜块的受力情况;
(2)若铜块放在离转轴0.1m处,则转盘旋转的角速度ω为多大时铜块将要被甩出去?
(3)当角速度ω=4rad/s时,铜块放在距轴心多远处才能恰好不被甩出去?
正确答案
解:(1)铜块在转盘上无滑动时,随转盘做匀速圆周运动,合外力提供向心力,铜块受到重力、转盘的支持力N和静摩擦力f,受力情况如图所示.
(2)铜块受到的静摩擦力提供向心力,当静摩擦力达到最大时,铜块将要被甩出去,根据牛顿第二定律得:
fm=mrω2
解得:ω==
=2
rad/s
(3)当角速度ω=4rad/s时,设铜块放在距轴心r′远处才能恰好不被甩出去,则
fm=mr′ω2,得 r′==
=0.25m
答:
(1)如果铜块在盘上无滑动,铜块受到重力、转盘的支持力N和静摩擦力f;
(2)若铜块放在离转轴0.1m处,则转盘旋转的角速度ω为2rad/s时铜块将要被甩出去;
(3)当角速度ω=4rad/s时,铜块放在距轴心0.25m远处才能恰好不被甩出去.
解析
解:(1)铜块在转盘上无滑动时,随转盘做匀速圆周运动,合外力提供向心力,铜块受到重力、转盘的支持力N和静摩擦力f,受力情况如图所示.
(2)铜块受到的静摩擦力提供向心力,当静摩擦力达到最大时,铜块将要被甩出去,根据牛顿第二定律得:
fm=mrω2
解得:ω==
=2
rad/s
(3)当角速度ω=4rad/s时,设铜块放在距轴心r′远处才能恰好不被甩出去,则
fm=mr′ω2,得 r′==
=0.25m
答:
(1)如果铜块在盘上无滑动,铜块受到重力、转盘的支持力N和静摩擦力f;
(2)若铜块放在离转轴0.1m处,则转盘旋转的角速度ω为2rad/s时铜块将要被甩出去;
(3)当角速度ω=4rad/s时,铜块放在距轴心0.25m远处才能恰好不被甩出去.
铁路转弯处的圆弧半径是300m,轨距是1.5m,规定火车通过这里的速度是20m/s,求内外轨的高度差该是多大,才能使铁轨不受轮缘的挤压.(g=10m/s2,当tanα很小时可以近似认为sinα=tanα)
正确答案
解:根据牛顿第二定律得,mgtanθ=m
解得:tanθ==
=
.
又sinθ==
=
得:h=0.2m;
答:内外轨的高度差该是0.2m,才能使铁轨不受轮缘的挤压.
解析
解:根据牛顿第二定律得,mgtanθ=m
解得:tanθ==
=
.
又sinθ==
=
得:h=0.2m;
答:内外轨的高度差该是0.2m,才能使铁轨不受轮缘的挤压.
一辆质量为400Kg的摩托车驶过半径为50m的凸形桥面时,始终保持5m/s的速率,求通过最高点时汽车对桥面的压力为______.
正确答案
3800N
解析
解:在最高点,根据牛顿第二定律得,mg-
解得N=3800N.
则通过最高点时汽车对桥面的压力为3800N.
故答案为:3800N.
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