- 向心力
- 共7577题
游乐场内有一种叫“空中飞椅”的游乐项目,如图所示,在半径为r=4m的水平转盘的边缘固定着数条长为L=10m的钢绳,钢绳的另一端连接着座椅(图中只画出2个),转盘在电动机带动下可绕穿过其中心的竖直轴转动.设在每个座椅内坐着质量相同的人,可将人和座椅看成是一个质点,人和座椅的总质量为m=60kg,重力加速度g取10m/s2,不计钢绳的重力及空气的阻力.当转盘以某一角速度ω匀速转动时,座椅从静止开始随着转盘的转动而升高,经过一段时间后达到稳定状态,此时钢绳与转轴在同一竖直平面内,与竖直方向的夹角为θ=37°.求此时转盘匀速转动时的角速度及绳子的拉力.
正确答案
解:飞椅在水平面内做匀速圆周运动,由合力充当向心力.飞椅的受力如图所示.
由示意图可以看出座椅做匀速圆周运动的半径为
R=r+Lsinθ=4+10×sin37°=10m.
由受力图,根据牛顿第二定律可得
mgtanθ═mRω2
解得ω==
rad/s.
绳子的拉力 T==
N=750N
答:此时转盘匀速转动时的角速度是 rad/s.绳子的拉力是750N.
解析
解:飞椅在水平面内做匀速圆周运动,由合力充当向心力.飞椅的受力如图所示.
由示意图可以看出座椅做匀速圆周运动的半径为
R=r+Lsinθ=4+10×sin37°=10m.
由受力图,根据牛顿第二定律可得
mgtanθ═mRω2
解得ω==
rad/s.
绳子的拉力 T==
N=750N
答:此时转盘匀速转动时的角速度是 rad/s.绳子的拉力是750N.
质量为m的物体沿着半径为r的半球形金属球壳滑到最低点时的速度大小为υ,如图所示,若物体与球壳之间的摩擦因数为μ,则物体在最低点时的( )
正确答案
解析
解:A、物体在最低点的向心加速度为:a=.故A正确.
B、物体在最低点时所需的向心力为:.故B错误.
C、根据牛顿第二定律得:N-mg=m,
则支持力为:N=,
,由牛顿第三定律得,物体对球壳的压力为:N′=.故C错误.
D、物体在最低点时所受的摩擦力为:f=.故D正确.
故选:AD.
一根长60cm的细绳,最多能承受100N的拉力,用它吊起一质量为4kg的物体,当物体摆动起来经过最低点时,绳子恰好被拉断.若绳断处距离地面的高度为0.8m,求物体落地时的速度大小.(不计空气阻力,g=10m/s2)
正确答案
解:物体摆到最低点时,绳子刚好被拉断,由向心力公式得:
T-mg=
所以
绳子断了后,物体做平抛运动
落地时竖直速度为:
所以落地速度为:
答:物体落地时的速度大小是5m/s.
解析
解:物体摆到最低点时,绳子刚好被拉断,由向心力公式得:
T-mg=
所以
绳子断了后,物体做平抛运动
落地时竖直速度为:
所以落地速度为:
答:物体落地时的速度大小是5m/s.
如图所示,内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面,圆锥筒固定不动,两个质量相同的小球A和B紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动,已知A、B圆运动的半径之比为3:2,则A、B两物体的线速度、角速度、向心加速度之比为:vA:vB=______;ωA:ωB=______; aA:aB=______.
正确答案
1:1
解析
解:设支持力和竖直方向上的夹角为θ,根据牛顿第二定律得:
,
解得:a=gtanθ,,
,
因为A、B圆运动的半径之比为3:2,
知vA:vB=,ωA:ωB=
,aA:aB=1:1.
故答案为:;
; 1:1
有一列重为100t的火车,以20m/s的速率匀速通过内外轨一样高的弯道,轨道半径400m,g取10m/s2.
(1)试计算铁轨受到的侧压力;
(2)若要使火车以此速率通过弯道,且使铁轨受到的侧压力为零,我们可以适当倾斜路基,试计算路基倾斜角度θ的大小.(可用θ的函数值表示)
正确答案
解:(1)侧压力提供火车做圆周运动的向心力,有:
FN=m=100×103×
=1×105N
故铁轨受到的侧压力为1×105N.
(2)如图,重力与支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
mgtanθ=m
解得:
tanθ==
答:(1)铁轨受到的侧压力为1×105N;
(2)若要使火车以此速率通过弯道,且使铁轨受到的侧压力为零,我们可以适当倾斜路基,路基倾斜角度θ的正切值为.
解析
解:(1)侧压力提供火车做圆周运动的向心力,有:
FN=m=100×103×
=1×105N
故铁轨受到的侧压力为1×105N.
(2)如图,重力与支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
mgtanθ=m
解得:
tanθ==
答:(1)铁轨受到的侧压力为1×105N;
(2)若要使火车以此速率通过弯道,且使铁轨受到的侧压力为零,我们可以适当倾斜路基,路基倾斜角度θ的正切值为.
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