第4节生活中的圆周运动.docx

第4节生活中的J/RJ运动一、铁路的弯道1 .火车在弯道上的运动特点1*1 6 4-3 tit G 'J 文特 Jj的O力尸拗做向心力图6.4-1 火车车轮有突出的轮缘图6.4-2如果两轨高度相同.外轨 作用在轮缘I.的力F提供了向心力火车在弯道上运动时实际上在做圆周运动，因而具有向心加速度，由于其质量巨大, 需要很大的向心力.2 .向心力的来源3 1)若转弯时内外轨一样高，则由外轨对轮缘的弹力提供向心力，这样，铁轨和车轮 极易受损.4 2)若内外轨有高度差，依据规定的行驶速度行驶，转弯时向心力几乎完全由重力G 和支持力厂n的合力提供.3 .转弯轨道受力与火车速度的关系(1)若火车转弯时，火车所受支持力与重力的合力提供向心力，如图所示，有机gtan 。=睚,则vo=y/gRtan仇其中R为弯道半径，。为轨道平面与水平面的夹角(tan碑)， W为转弯处的规定速度.此时，内外轨道对火车均无侧向挤压作用.(2)若火车行驶速度w>gRtan仇外轨对轮缘有侧压力.(3)若火车行驶速度wC'gRtan 3内轨对轮缘有侧压力.4 .解答火车转弯问题的两个关键(1)合外力的方向：火车转弯时，火车所受合外力沿水平方向指向圆心，而不是沿轨 道斜面向下.因为，火车转弯的圆周平面是水平面，不是斜面，所以火车的向心力即合 外力应沿水平面指向圆心.(2)规定速度：火车轨道转弯处的规定速率一旦确定则是唯一的，火车只有按规定的 速率转弯，内外轨才不受火车的挤压作用.速率过大时，由重力、支持力及外轨对轮缘 的挤压力的合力提供向心力；速率过小时，由重力、支持力及内轨对轮缘的挤压力的合 力提供向心力.二、拱形桥凸形桥和凹形桥的比较汽车过凸形桥汽车过凹形桥受力分析1g图6.4-4汽车通过拱形桥Ig图6.4-5汽车通过凹形路面向心力9VFn = /7igFN=myV2 居=外一/72g = /0对桥的压力v2Fn =mg-mV2F=mg-nr结论汽车对桥的压力小于汽车的重 力，而且汽车速度越大，对桥的 压力越小汽车对桥的压力大于汽车的重 力，而且汽车速度越大，对桥 的压力越大三、航天器中的失重现象和离心运动1 .航天器在近地轨道的运动(1)对航天器，在近地轨道可认为地球的万有引力等于其重力，重力充当向心力，满 Mv1足的关系为9(2)对航天员，由重力和座椅的支持力提供向心力，满足的关系为帆?一人=与，由 以上两式可得Fn = O,航天员处于完全失重状态，对座椅压力为零.(3)航天器内的任何物体之间均没有压力.2 .对失重现象的认识航天器内的任何物体都处于完全失重状态，但并不是物体不受地球引力.正因为受 到地球引力的作用，才使航天器连同其中的航天员做匀速圆周运动.(重力的作用效果 由对支持物的压力转变为为物体做圆周运动提供向心力，即用途发生了改变)3 .禺心运动定义：物体沿切线飞出或做逐渐远离圆心的运动.4 .对离心运动的理解(1)物体做离心运动的原因：提供向心力的合外力突然消失，或者合外力不能提供足 够的向心力.注意：物体做离心运动并不是物体受到离心力作用，而是由于合外力不能提供足够 的向心力.所谓"离心力''实际上并不存在.(2)合外力与向心力的关系(如图所示).OvF合 Vmro)2若尸合=加尸O2或产合=言，物体做匀速圆周运动，即“提供”满足"需要若尸合或方合平，物体做半径变小的近心运动，即“提供过度”，也就是“提 供”大于“需要”.若0尸合w2或0/介呼，则合外力不足以将物体拉回到原轨道上，而做离 心运动，即“需要”大于“提供”或“提供不足若产合=0,则物体做直线运动.