时 , 轻杆提供支持力;V=
时 , 轻杆恰好无作用力 。
【知识点6】 离心运动和向心运动
1.离心运动的本质:由于物体具有惯性 , 物体做圆周运动时总有沿切线方向飞出的趋势 。
2.离心运动的受力特点:物体做离心运动并非受到离心力作用 , 而是外力不能提供足够的向心力 。
3.合外力与向心力的大小关系对圆周运动的影响(如图所示):
(1)若F合=mrω2或F合=mv2/r , 物体做匀速圆周运动 , 即“提供”满足“需要” 。
(2)若F合>mrω2或F合>mv2/r , 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” 。
(3)若F合<mrω2或F合<mv2/r , 则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” 。
(4)若F合=0 , 则物体沿切线方向做直线运动 。
特别提醒:
(1)离心运动不是物体沿半径方向飞出 , 而是物体沿切线或沿圆与切线之间的某一曲线运动 。
(2)离心运动的本质是惯性 , 而不是物体受到了“离心力”的作用 。
4.离心现象的应用、危害与防止
(1)应用:离心干燥器、离心分离器、脱水桶、投掷链球 。
(2)危害与防止:车辆转弯时易出现交通事故 , 拐弯时应减小速度 。
(2)高速公路的转弯处,公路的外沿设计得比内沿略高,若汽车以设计速度转弯时,汽车转弯的向心力由重力和弹力的合力提供.
4.火车转弯
(1)火车转弯时的特点:火车转弯时实际是在做圆周运动 , 因而具有向心加速度 , 需要向心力 。
(2)向心力的来源
①如果转弯处内外轨一样高 , 则由外轨道对轮缘的弹力提供向心力 , 这样 , 铁轨和车轮极易受损 。
②如果转弯处外轨略高于内轨 , 此时铁轨对火车的支持力不再是竖直的 , 而是斜向弯道内侧 , 它与重力的合力指向圆心 , 为火车转弯提供了一部分向心力 , 减轻了轮缘与外轨的挤压 。适当设计内外轨的高度差 , 火车以规定的速度行驶时 , 转弯时所需的向心力几乎完全由重力与支持力的合力来提供 。
二、航天器中的失重现象
航天员在航天器中绕地球做匀速圆周运动时 , 航天员只受地球引力 , 引力为他提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力F=mv2/R,所以处于失重状态 。
航天器绕地球做匀速圆周运动 , 假设它的线速度的大小为v , 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 。
求:座舱对航天员的支持力为多少?
mg-FN=mv2/r , 得FN=mg-mv2/r
当时V=
, 座舱对航天员的支持力FN=0 , 航天员处于完全失重 。
正是由于地球引力的存在 , 才使航天器连同其中的人和物体绕地球做圆周运动 。
三、竖直面内的圆周运动
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