变速度的方向.合外力沿轨道切线方向的分力,使物体产生切向加速度,改变速度的大小。
2)运动参量:
x?2?R/T t角速度:???/t?2?/T
线速度:v?周期(T) 频率(f) T?
1 f
v22?向心加速度:a???2r?()2r
rT向心力:F?ma?mv2/r?m?2r?m(2?2)r T
2.竖直平面内的圆周运动问题的分析方法
竖直平面内的圆周运动,是典型的变速圆周运动,对于物体在竖直平面内做变速圆周运动的问题,中学物理中只研究物体通过最高点和最低点的情况。在最高点和最低点,合外力就是向心力。 (1)如右图所示为没有物体支撑的小球,在竖直平面内做圆周运动过最高点的情况:
①临界条件:小球达最高点时绳子的拉力(或轨道的弹力)刚好等于零,小球的重力提供其做圆周运动的向心力。
v 即 mg?m0
r 式中的v0小球通过最高点的最小速度,通常叫临界速度v0?2gr
②能过最高点的条件:v>v0,此时绳对球产生拉力F
③不能过最高点的条件:v 最高点的临界速度v0=0 ②右图中(a)所示的小球过最高点时,轻杆对小球的弹力的情况: 当0 当v=gr,FN =0。 当v>gr时,杆对小球有指向圆心的拉力,其大小随速度 的 增大而增大. ③右图(b)所示的小球过最高点时,光滑硬管对小球的弹力情况与硬杆对小球的弹力类似。 3.对火车转弯问题的分析方法 在火车转弯处,如果内、外轨一样高,外侧轨道作用在外侧轮缘上的弹力F′指向圆心,使火车产生向心加速度,由于火车的质量和速度都相当大,所需向心力也非常大,则外轨很容易损坏,所以应使外轨高于内轨.如右图所示,这时支持力N不再与重力G平衡,它们的合力指向圆心.如果外轨超出内轨高度适当,可以使重力G 与支持力的合力,刚好等于火车所需的向心力. 另外,锥摆的向心力情况与火车相似。 4.离心运动 ①做圆周运动的物体,由于本身具有惯性,总是想沿着 切线方向运动,只足由于向心力作用,使它不能沿切线方向飞出 ,而被限制着沿圆周运动,如下图所示. ②当产生向心力的合外力消失,F=0,物体便沿所在位置 的 切线方向飞}II去,如右图A所示. ③当提供向心力的合外力不完全消失,而只是小于应当具有的向心力,,即合外力不足提 供所需的向心力的情况下,物体沿切线与圆周之间的一条曲线运动.如右图B所示.