弧形曲线运动特发有离心运动和向心运动。
1. 离心运动:当物体受到的指向圆心的合力的大小不足以提供物体做圆周运动所需的向心力的大小时,物体将离开圆心,向着圆周的边缘运动,这种运动叫做离心运动。
2. 向心运动:当物体受到的指向圆心的合力的大小大于它做圆周运动所需的向心力的大小时,它便沿着合力指向圆心的方向(即圆的切线方向)产生了一个指向圆心的加速度,它使物体速度的大小发生变化,而速度的方向并没有改变。
综上所述,弧形曲线运动特发有离心运动和向心运动两种。这两种运动都是曲线运动中的特发情况。
问题:一个物体在重力作用下沿着一个半径为R的圆弧形轨道运动,该轨道的竖直部分为45度,水平部分为光滑。物体从轨道顶端由静止开始下滑,求物体到达底部时速度的大小。
分析:
物体在竖直部分做的是类似于斜抛的运动,水平部分做的是匀速直线运动。因此,物体的运动可以分解为两个分运动,一个是竖直方向的抛体运动,另一个是水平方向的匀速直线运动。
根据机械能守恒定律,物体的初始动能等于到达底部时的动能和重力势能之和。同时,由于物体在水平轨道上不受摩擦力作用,因此水平方向的分运动是匀速直线运动。
解:
初始状态时,物体的动能来自于重力势能的重力势能转化为动能。因此,物体的初始动能为:
E_{k0} = mgh
其中,m是物体的质量,h是轨道竖直部分的长度。
物体在水平轨道上做匀速直线运动,因此到达底部时的速度大小为:
v = \sqrt{2gh}
将h代入上式可得:
v = \sqrt{2gR}
其中g是重力加速度。
因此,物体到达底部时的速度大小为:
v = \sqrt{2gR} = \sqrt{\frac{2 \times 9.8 \times R}{10}} m/s
答案:物体到达底部时的速度大小为约1.46 m/s。