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題目:
一個質量為$m$的小球,從半徑為$R$的光滑圓弧軌道上由靜止滑下,滑到半徑為$r$的半圓形槽中并沿半圓形槽運動,求小球在半圓形槽中運動時所受的向心力。
解析:
1. 確定向心力的來源:小球在半圓形槽中運動時,受到重力和支持力的作用,這兩個力的合力提供向心力。
2. 根據向心力公式:$F = m\frac{v^{2}}{r}$,其中$v$為小球在半圓形槽中的線速度,可求得向心力的大小。
3. 根據牛頓第二定律:$F = ma$,可求得小球在半圓形槽中運動的加速度大小。
答案:
根據上述分析,可得到向心力的表達式為:
$F = m\frac{v^{2}}{r}$
其中,$v = \sqrt{2gR}$為小球在半圓形槽中的線速度,$g$為重力加速度。
根據牛頓第二定律,可得到加速度的表達式為:
$a = \frac{mg}{m} = g$
因此,小球在半圓形槽中運動時所受的向心力大小為:
$F = m\frac{v^{2}}{r} = m\frac{2gR}{r}$
答案僅供參考,具體答案請參考正式的考試資料。