曲線運動一定有向心力的作用,常見的曲線運動有:
1. 拋體運動:物體以一定的初速度沿水平方向拋出,如果物體僅受重力作用,這樣的運動叫做拋體運動。
2. 圓周運動:物體沿著圓周運動,并且線速度的方向始終與半徑保持垂直,這種運動叫做圓周運動。
3. 勻速圓周運動:線速度的大小不變,方向不斷變化,向心力大小不變,方向始終指向圓心。
4. 非勻速圓周運動:線速度的大小和方向都有不斷變化。
以上這些運動中,都有向心力的存在。需要注意的是,向心力只改變線速度的方向,不改變線速度的大小。
題目:一個質量為 m 的小球,在斜面光滑的軌道上從A點由靜止開始下滑,然后沿豎直面上的圓形軌道運動。已知小球到達B點時的速度大小為 v,且軌道半徑為 R。求小球在B點時受到的向心力的大小。
解析:
1. 小球在斜面光滑的軌道上運動時,受到的重力沿斜面向下的分力為 mgsinθ,而小球在豎直面上的圓形軌道運動時,受到的重力豎直向下分力為 mg。
2. 小球在B點時做曲線運動,其速度方向沿圓周的切線方向,因此小球受到的向心力方向指向圓心。根據向心力公式 F = m v2 / r,其中 m 和 v 已知,r 為已知,因此向心力的大小可求。
答案:
向心力的大小為 F = m v2 / R = mg R / v2。
解釋:
在這個例子中,小球在斜面光滑的軌道上運動時受到的重力沿斜面向下的分力為 mgsinθ,大小為 mg sinθ。而小球在豎直面上的圓形軌道運動時受到的重力豎直向下分力為 mg,大小為 mg R。由于小球在B點時做曲線運動,其速度大小為 v,因此向心力的大小為 F = m v2 / r = mg R / v2。
這個例子展示了曲線運動中向心力的應用,同時也強調了向心力與速度和半徑的關系。