- 向心力
- 共7577题
一半径为
圆盘可绕通过圆盘中心O且垂直于盘面的竖直轴转动,圆盘距地面的竖直高度为2R,距圆盘中心R处放一小木块,它与圆盘之间相对静止且随圆盘一起做匀速圆周运动,已知木块与圆盘之间的动摩擦因数为
.设木块与圆盘间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力.
(1)求圆盘转动的最大角速度;
(2)若圆盘以最大角速度转动,某时刻圆盘突然停止转动,小木块离开圆盘最后落到地面.求木块离开圆盘时的速度大小及落地点与圆盘中心O的水平距离.
正确答案
解:(1)当小木块受到的静摩擦力达到最大时,角速度最大,根据向心力公式得:
μmg=mω2R
解得:ω=
(2)停止转动后,小木块先沿切线方向做匀减速直线运动,根据牛顿第二定律得:
a=
根据
其中s=
得:
综上述四式得:v=
离开圆盘后做平抛运动,平抛运动的时间为:t=
水平射程为:x=vt=R
根据几何关系,距O点的水平距离为:x′=
答:(1)圆盘转动的最大角速度为;
(2)木块离开圆盘时的速度大小为,落地点与圆盘中心O的水平距离为
.
解析
解:(1)当小木块受到的静摩擦力达到最大时,角速度最大,根据向心力公式得:
μmg=mω2R
解得:ω=
(2)停止转动后,小木块先沿切线方向做匀减速直线运动,根据牛顿第二定律得:
a=
根据
其中s=
得:
综上述四式得:v=
离开圆盘后做平抛运动,平抛运动的时间为:t=
水平射程为:x=vt=R
根据几何关系,距O点的水平距离为:x′=
答:(1)圆盘转动的最大角速度为;
(2)木块离开圆盘时的速度大小为,落地点与圆盘中心O的水平距离为
.
如图所示,一辆质量为1000kg的汽车静止在一座半径为5m的圆弧形拱桥顶部(g=10m/s2),求:
(1)此时汽车对圆弧形拱桥的压力是多大;
(2)汽车在最高点对拱形桥的压力为车重的一半时汽车的速度.
正确答案
解:(1)汽车静止,受力平衡,有:F=mg=1000×10=1×104N,
根据牛顿第三定律知,汽车对圆弧拱形桥的压力为1×104N.
(2)汽车受到的重力和支持力的合力提供向心力,由牛顿第二定律,有:mg-FN=,
,
代入数据解得:v=5m/s.
答:(1)汽车对圆弧拱桥的压力为1×104N.
(2)汽车在最高点对拱形桥的压力为车重的一半时汽车的速度为5m/s.
解析
解:(1)汽车静止,受力平衡,有:F=mg=1000×10=1×104N,
根据牛顿第三定律知,汽车对圆弧拱形桥的压力为1×104N.
(2)汽车受到的重力和支持力的合力提供向心力,由牛顿第二定律,有:mg-FN=,
,
代入数据解得:v=5m/s.
答:(1)汽车对圆弧拱桥的压力为1×104N.
(2)汽车在最高点对拱形桥的压力为车重的一半时汽车的速度为5m/s.
一根轻杆长为L,两端各固定一个质量为m的小球A和B,当轻杆绕着中点的轴O在竖直平面内匀速转动时,其转动周期T=4π
,求轻杆转动到竖直位置的瞬间.
(1)A和B对杆施加的各是什么力?其大小各是多少?
(2)轻杆对轴O的作用力多大?方向如何?
正确答案
解:(1)设杆对球均施加拉力,则
对A:(负号表示A受的是支持力)
根据牛顿第三定律知,A对杆施加的是竖直向下的压力,大小为
对B:
根据牛顿第三定律知,B对杆施加的是竖直向下的拉力,大小为;
(2)对杆,由力的平衡条件知,轴O对杆有竖直向上的支持力:
根据牛顿第三定律知,杆对轴O施加的是竖直向下的压力,大小为2mg;
答:(1)A对杆施加的是的支持力,B对杆施加的各是
的压力;
(2)轻杆对轴O的作用力为2mg,竖直向下.
解析
解:(1)设杆对球均施加拉力,则
对A:(负号表示A受的是支持力)
根据牛顿第三定律知,A对杆施加的是竖直向下的压力,大小为
对B:
根据牛顿第三定律知,B对杆施加的是竖直向下的拉力,大小为;
(2)对杆,由力的平衡条件知,轴O对杆有竖直向上的支持力:
根据牛顿第三定律知,杆对轴O施加的是竖直向下的压力,大小为2mg;
答:(1)A对杆施加的是的支持力,B对杆施加的各是
的压力;
(2)轻杆对轴O的作用力为2mg,竖直向下.
物体做圆周运动时所需的向心力F需由物体运动情况决定,合力提供的向心力F供由物体受力情况决定.若某时刻F需=F供,则物体能做圆周运动;若F需>F供,物体将做离心运动;若F需<F供,物体将做近心运动.现有一根长L=1m的刚性轻绳,其一端固定于O点,另一端系着质量m=0.5kg的小球(可视为质点),将小球提至O点正上方的A点处,此时绳刚好伸直且无张力,如图所示.不计空气阻力,g取10m/s2,则:
(1)为保证小球能在竖直面内做完整的圆周运动,在A点至少应施加给小球多大的水平速度?
(2)在小球以速度v1=4m/s水平抛出的瞬间,绳中的张力为多少?
(3)在小球以速度v2=2m/s水平抛出的瞬间,绳中若有张力,求其大小;若无张力,试求绳子再次伸直时所经历的时间.
正确答案
解:(1)要使小球在竖直面内能够做完整的圆周运动,在最高点时至少应该是重力作为所需要的向心力,
所以 由 mg=得
v0=m/s
(2)因为v1>V0,故绳中有张力,
由牛顿第二定律得,
T-mg=
代入数据解得,绳中的张力为T=3N,
(3)因为v2<V0,故绳中没有张力,小球将做平抛运动,如图所示
水平方向:x=v2t
竖直方向:y=gt2
L2=(y-L)2+x2
解得:t=
答:(1)为保证小球能在竖直面内做完整的圆周运动,在A点至少应施加给小球的水平速度;
(2)在小球以速度v1=4m/s水平抛出的瞬间,绳中的张力为3N;
(3)在小球以速度v2=2m/s水平抛出的瞬间,绳中无张力,绳子再次伸直时所经历的时间为.
解析
解:(1)要使小球在竖直面内能够做完整的圆周运动,在最高点时至少应该是重力作为所需要的向心力,
所以 由 mg=得
v0=m/s
(2)因为v1>V0,故绳中有张力,
由牛顿第二定律得,
T-mg=
代入数据解得,绳中的张力为T=3N,
(3)因为v2<V0,故绳中没有张力,小球将做平抛运动,如图所示
水平方向:x=v2t
竖直方向:y=gt2
L2=(y-L)2+x2
解得:t=
答:(1)为保证小球能在竖直面内做完整的圆周运动,在A点至少应施加给小球的水平速度;
(2)在小球以速度v1=4m/s水平抛出的瞬间,绳中的张力为3N;
(3)在小球以速度v2=2m/s水平抛出的瞬间,绳中无张力,绳子再次伸直时所经历的时间为.
如图所示足够大的倾角为θ的光滑斜面固定放置,在其上有一固定点O,O点连接一长为L的细线,细线的另一端连接一可以看做质点的小球.原来小球处于静止状态,现给小球一与细线垂直的初速度v0,使小球能在斜面内做完整的圆周运动,则v0的最小值为( )
正确答案
解析
解:在最高点,有;mgsin,解得v=
,
根据动能定理得,,解得
.故C正确,A、B、D错误.
故选:C.
在高速公路的拐弯处,路面要修建的外高内低,即当车向右拐弯时,司机左侧的路面比右侧的应高一些.路面与水平面的夹角为θ,设拐弯路段是外半径为R的圆弧,要使车速为v时车轮与路面之间的横向(即垂直于前进方向)摩擦力等于零,则θ应等于______.
正确答案
arctan
解析
解:摩擦力等于零,说明重力与支持力的合力完全提供向心力,重力、支持力的合力为:F=mgtanθ
向心力为:F向=
则有:F=F向
解得:tanθ=
所以:θ=arctan.
故答案为:arctan.
(2015秋•株洲校级月考)如图所示,一个内壁光滑的圆锥筒,其轴线垂直于水平面,圆锥筒固定在水平地面不动.有两个质量均为m的小球A和小球B紧贴着筒内壁在水平面内做匀速圆周运动,小球B所在的高度为小球A所在的高度一半.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、两球均贴着圆筒的内壁,在水平面内做匀速圆周运动,由重力和筒壁的支持力的合力提供向心力,如图所示.
由图可知,筒壁对两球的支持力均为,支持力大小之比为1:1,故A错误.
B、对任意一球,运用牛顿第二定律得:mgcotθ=ma,得 a=gcotθ,可得A、B的加速度的大小之比为1:1,故B正确.
C、由mgcotθ=mω2r得:ω=,小球A、B的轨道半径之比为2:1,则角速度之比为1:
,故C错误.
D、球的线速度:mgcotθ=m,得 v=
,A、B的线速度之比为
:1;故D正确.
故选:BD
如图,两个质量相等的小球分别被两根长度不同的细绳悬于等高的悬点,现将细绳拉至水平后由静止释放小球,当两小球通过最低点时,下述说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据动能定理得:mgL=mv2,解得:v=
,因为L不等,所以速度不等,故A错误;
B、根据v=rω,角速度为:ω==
,因为L不等,所以速度不等,故B错误;
C、根据a=,解得:a=2g,所以两球加速度相等,故C正确;
D、根据T-mg=ma,解得:T=3mg;即两个球通过最低点时细线的拉力均为3mg,故D正确;
故选:CD.
如图所示,当汽车通过拱形桥顶点的速度为15ms时,尺对桥顶的压力为车重的
,如果桥面粗糙,要是汽车在桥顶所受摩擦力为零,则汽车通过桥顶的速度至少应为
( )
正确答案
解析
解:根据牛顿第二定律得,,则
,
解得R=,
当摩擦力为零,支持力为零,根据mg=得,
.
故选:C.
某人为了测定一个凹形桥的半径,在乘汽车通过凹桥最低点时,他注意到车上的速度计示数为108km/h,悬挂2kg砝码的弹簧秤的示数为25N,则桥的半径为多大?(g取10m/s2)
正确答案
解:以砝码为研究对象,在凹形桥的最低点时由重力和弹簧的拉力的合力提供向心力,则有:
F-mg=m
由题意有:F=25N,v=108km/h=30m/s,m=2kg
则得:R==
m=360m
答:凹行桥的半径为360m
解析
解:以砝码为研究对象,在凹形桥的最低点时由重力和弹簧的拉力的合力提供向心力,则有:
F-mg=m
由题意有:F=25N,v=108km/h=30m/s,m=2kg
则得:R==
m=360m
答:凹行桥的半径为360m
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