生活中的圆周运动(免费).pptVIP

Ｆ１赛车转弯 § 7 生活中的圆周运动 在平直轨道上匀速行驶的火车受几个力作用？这几个力的关系如何？ G N F f 一.铁路的弯道 车轮介绍 外轨 内轨 F F′ 思考:怎样才能使轮缘跟铁轨不相互挤压，又能产生使火车转弯所需的向心力呢? 铁轨容易损坏，轨缘也容易损坏 内外轨道一样高时: 向心力 F 由外侧轨道对 轮缘的压力提供 火车受力： 垂直轨道面的支持力FN FN 火车的向心力来源 由G和FN的合力提供 当外轨略高于内轨时： 竖直向下的重力 G G FN F合 h L FN G FN F合 h L 火车拐弯应以规定速度V行驶 例: 铁路转弯处的圆弧半径是1435m，内外轨的间距为1.435m规定火车通过这里的速度是72km/h，内外轨的高度差应为多少才能使轨道不受轮缘的挤压？ 解：火车在转弯时所需的向心力由火车所受的重力和轨道对火车支持力的合力提供，如图所示： FN F合 α α 质量为m 的汽车以恒定的速率 v 通过半径为r的拱桥，如图所示，求汽车在桥顶时对路面的压力是多大？ 二、拱型桥 h 过拱形桥：质量为m 的汽车以恒定的速率v通过半径为r的拱桥，如图所示，求汽车在桥顶时对路面的压力是多大？ 解：汽车通过桥顶时，受力情况如图： 汽车通过桥顶时： FN FN’ 由牛顿第二定律： 由牛顿第三定律： O r 注意：汽车过拱型桥的速度不宜过大,否则FN ′将为0，汽车将飞离 桥面。 mg 你见过凹形的桥吗？ 泸定桥 h 由牛顿第二定律： FN’ FN 过通凹形桥最低点：汽车以恒定的速率v通过半径为r的凹型桥面，如图所示，求汽车在最低点时对桥面的压力是多大？ 解：汽车通过底部时，受力情况如图： 注意：汽车过凹形桥的速度不宜过大,否则FN ′过大,汽车可能压坏 凹型桥或者爆胎。 r G 由牛顿第三定律： 拱型桥： 凹型桥： 练习：一辆满载的卡车在起伏的公路上匀速行驶，如图所示，由于轮胎过热，容易爆胎。暴胎可能性最大的地段是( ) A B C D 拱型桥： 凹型桥： D 思考与讨论：地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径（约为6400km）。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？…… 三.航天器中的失重现象 在绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船中的宇航员，除了地球引力外，还可能受到飞船座舱对他的支持力FN。 当 时,座舱对他的支持力FN=0,航天员处于完全失重状态 当飞船距地面高度为一二百千米时，它的轨道半径近似等于地球半径R，航天员受到的地球引力近似等于他在地面测得的体重mg。 四、离心运动 做圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力时，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动就叫离心运动。 当F合= Fn，做圆周运动 当F合 时，做离心运动 当F合 时，做向心运动 练习：质量为2.0×103kg的汽车在水平公路上行驶，轮胎与路面间的动摩擦因素为0.5，汽车经过半径为80m的弯路时，如果车速达到100km/h,这辆车会不会发生侧滑? 1.没有物体支持的小球，在竖直平面内做圆周运动经过最高点： 五、在竖直平面内的圆周运动的临界问题 r O r O 绳拉小球 小球在圆轨道内运动 （1）临界条件：小球在最高点时绳子的拉力（或轨道的弹力）刚好等于零，小球的重力恰好全部充当圆周运动所需的向心力。 （2）能过最高点的条件： r O （3）若 ，则小球在到达最高点之前就脱离了圆轨道做斜抛运动。 2. 有支持物的小球在竖直平面内做圆周运动的情况 （1）临界条件：由于硬杆或管壁的支撑作用，小球能到达最高点的临界速度 ，轻杆或轨道对小球的支持力： 。 小球在硬管道内运动 r O 杆连接小球运动 （2）当0﹤v﹤ 时，杆对球施加支持力； （3）当v＞ 时，杆对球施加的是拉力； （4）当v= 时， ，杆对小球没有作用力。 练习：绳的一端固定，另一端系一质量为m=0.5kg的小球，绳长L= 1m，使小球在竖直平面内做圆周运动。 （1）小球刚好做圆周运动，在最高点速度为多大？ （2）小球在最高点速率为v=4m/s时，小球对绳的拉力多大？ （1）v≈3.15m/s (2) 3N The End！ * *