曲线运动一定有向心力的作用,常见的曲线运动有:
1. 抛体运动:物体以一定的初速度沿水平方向抛出,如果物体仅受重力作用,这样的运动叫做抛体运动。
2. 圆周运动:物体沿着圆周运动,并且线速度的方向始终与半径保持垂直,这种运动叫做圆周运动。
3. 匀速圆周运动:线速度的大小不变,方向不断变化,向心力大小不变,方向始终指向圆心。
4. 非匀速圆周运动:线速度的大小和方向都有不断变化。
以上这些运动中,都有向心力的存在。需要注意的是,向心力只改变线速度的方向,不改变线速度的大小。
题目:一个质量为 m 的小球,在斜面光滑的轨道上从A点由静止开始下滑,然后沿竖直面上的圆形轨道运动。已知小球到达B点时的速度大小为 v,且轨道半径为 R。求小球在B点时受到的向心力的大小。
解析:
1. 小球在斜面光滑的轨道上运动时,受到的重力沿斜面向下的分力为 mgsinθ,而小球在竖直面上的圆形轨道运动时,受到的重力竖直向下分力为 mg。
2. 小球在B点时做曲线运动,其速度方向沿圆周的切线方向,因此小球受到的向心力方向指向圆心。根据向心力公式 F = m v² / r,其中 m 和 v 已知,r 为已知,因此向心力的大小可求。
答案:
向心力的大小为 F = m v² / R = mg R / v²。
解释:
在这个例子中,小球在斜面光滑的轨道上运动时受到的重力沿斜面向下的分力为 mgsinθ,大小为 mg sinθ。而小球在竖直面上的圆形轨道运动时受到的重力竖直向下分力为 mg,大小为 mg R。由于小球在B点时做曲线运动,其速度大小为 v,因此向心力的大小为 F = m v² / r = mg R / v²。
这个例子展示了曲线运动中向心力的应用,同时也强调了向心力与速度和半径的关系。