物理圆周运动(在线急等)

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/05/28 17:02:35
质量为m的小球在竖直平面内的圆形轨道的内侧运动,进过最高点而不脱离的临界速度为v。当小球以2v的速度经过最高点时,对轨道的压力为
A0 Bmg C3mg D5mg
答案是C
但是为什么啊

进过最高点而不脱离时,向心力刚好等于重力,设轨道半径为R,则有:
m*v^2/R=mg

则有:g=v^2/R

当小球以2V的速度经过最高点时,有:
F向=m(2v)^2/R
=4mv^2/R
则小球所受向心力与重力的差值为小球对轨道的压力。(mg=mv^2/R)
N压=F向-mg
=4mv^2/R-mg
=4mg-mg
=3mg

小球能做圆周运动,一定受到向心力。向心力是由重力与轨道的压力共同承担的。小球过最高点时,对轨道压力最小,这个最小压力不可能小于0,否则轨道对小球的拉力为负,意味着轨道要拉着小球,这是不可能的。
临界状态是压力恰好为0,此时向心力完全等于重力,所以有m*v^2/R==mg(R是轨道半径),然后以2v的速度经过最高点时,向心力等于F==m*(2v)^2/R==4mg==重力+轨道压力。显然压力==3mg

这个模型同样适用于竖直平面内绳子拉住小球,因为绳子只能有拉力,不能支持力。如果是竖直平面内杆子拉小球,或者小球夹在两层圆形轨道之间,则是另一种情况,最高点速度可以为0。

临界速度v^2=gr(这个可以最为一个结论记下来的,推的过程很简单,就是在最高点处只有重力提供向心力,然后套公式就可以得到)

现在小球以2v的速度经过最高点,受力分析知道小球收到轨道的压力和重力


F+mg=m(2v)^2/r
v^2=gr
二式连立得

F=3mg

小球的临界状态不脱落是什么意思首先要搞明白,就是此时小球只受重力,及向心力就是重力
则G=mrv2
当速度为2v时
向心力为mr(2v)2=4G=G+N
所以压力是三倍的重量

mg=mvv/r
N+mg=m*2v*2v/r=4mvv/r
N=4mvv/r-mg=4mg-mg=3mg

速度v时不脱离轨道即重力=向上的离心力(mv方/R=mg)
速度为2v时,受到向上的离心力=m(2v)方/R=4mv方/R=4mg