**向心运动和离心运动是运动现象的一种,是物体做曲线运动时,在指向圆心方向上的合力不够提供向心力,所以物体做远离圆心的运动称为离心运动** 。
做向心运动的物体,向心力突然消失或者不足,这时物体将离开原来的平衡位置沿切线方向飞出或远离圆心。向心运动是效果运动,离心运动根据受力判断,也可由做功判断。
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一、离心运动
例题1:
问题:一个物体在光滑的水平面上以一定的初速度做匀速直线运动,如果此时给它一个恒定的水平外力,那么它将做怎样的运动?
答案:物体将做离心运动,远离圆心。
解析:当物体受到的合外力不足以提供向心力时,物体将做离心运动。在本题中,物体受到一个恒定的水平外力,因此合外力不足以提供向心力,物体将做离心运动。
考题:
请判断下列哪些情况物体可能做离心运动?
A. 汽车启动时,车轮边缘上的人可能会被甩离车体
B. 火车转弯时,火车外侧的车轮压过铁轨痕迹
C. 洗衣机脱水桶工作时,衣服上的水做离心运动
D. 放置在水平地面上的轻质弹簧被压缩后释放,轻杆顶端的小球做离心运动
答案:A、D。
解析:汽车启动时,车轮边缘上的人可能会被甩离车体是因为车轮的转速很快,导致车轮边缘上的物体需要的向心力很大,而地面对人的支持力不足以提供这个向心力,所以人被甩离车体。放置在水平地面上的轻质弹簧被压缩后释放,轻杆顶端的小球受到弹簧的拉力作用,如果拉力不足以提供向心力,小球将做离心运动。而火车转弯时,火车外侧的车轮压过铁轨痕迹和洗衣机脱水桶工作时,衣服上的水做离心运动是因为圆周运动半径突然改变而导致的向心运动,而不是因为合外力不足以提供向心力而导致的离心运动。
二、向心运动
例题2:
问题:一个物体在光滑的水平面上以一定的初速度做匀速直线运动,如果此时给它一个与初速度方向相反的恒定水平外力,那么它将做怎样的运动?
答案:物体将做减速运动直到速度减为零,然后做反向的匀加速直线运动。
解析:当物体受到的合外力与初速度方向相反时,物体将做减速运动直到速度减为零。在本题中,物体受到一个与初速度方向相反的恒定水平外力,因此合外力与初速度方向相反,物体将做减速运动直到速度减为零。然后由于惯性,物体将继续沿着原方向做匀加速直线运动。
考题:
请判断下列哪些情况物体可能做向心运动?
A. 火车转弯时,火车外侧的车轮压过铁轨痕迹
B. 汽车启动时,车轮边缘上的人可能会被甩离车体
C. 荡秋千时人向高处摆动过程中突然停止下来,人可能会向后甩
D. 放置在水平地面上的轻质弹簧被压缩后释放,轻杆顶端的小球做向心运动
答案:C、D。
解析:火车转弯时,火车外侧的车轮压过铁轨痕迹是因为火车在转弯时需要的向心力是由重力和支持力的合力提供的,而不是因为合外力指向圆心提供向心力而导致的向心运动。汽车启动时,车轮边缘上的人不会被甩离车体是因为车轮边缘上的物体需要的向心力很小,而地面对人的支持力可以提供这个向心力。荡秋千时人向高处摆动过程中突然停止下来,人可能会向后甩是因为人具有惯性,要保持原来的速度继续向前运动,因此会向后甩。放置在水平地面上的轻质弹簧被压缩后释放,轻杆顶端的小球受到弹簧的拉力作用,如果拉力足够大且与速度方向垂直,小球将做向心运动。