生活中的圆周运动1(火车转弯).ppt

《生活中的圆周运动1(火车转弯).ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、5.8生活中的圆周运动描述圆周运动快慢的几个物理量向心加速度的大小表达式以上各式是由匀速圆周运动推导出的，但也适用于非匀速圆周运动向心加速度的另外两个表达式向心力的两个常用表达式①向心力是按照效果命名的，始终指向圆心，只改变物体的速度方向②向心力不是一种特殊的力．重力（引力）、弹力、摩擦力等每一种力以及这些力的合力或分力都可以充当向心力.O.fGNF向（1）明确研究对象圆周运动解题一般步骤：（2）确定物体在哪个平面做圆周运动，找圆心和半径（3）确定研究对象所处的位置，对其受力分析（4）据向心力公式列方程。①分析提供物体做

2、匀速圆周运动的力F②物体做匀速圆周运动所需的力Fn“供需”平衡，则物体做匀速圆周运动。从“供”“需”两方面研究做圆周运动的物体。（4）据向心力公式列方程。（一）自行车转弯分析：自行车转弯时所需向心力由静摩擦力提供。FNmgFfmg=FNFf=mV2r一、转弯问题rV思考：若一个人骑自行车以速度V=5m/s转弯，此过程可以看作匀速圆周运动。已知此处路面与轮胎之间的动摩擦因数为0.5，这个人转弯的半径R最小是多大？（最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力）μmg=mV2rr==m=5mV2μg520.5×10解：（二）火车转弯思考：

3、火车以半径R=300m在水平轨道上转弯，火车质量为8×105kg，速度为30m/s。铁轨与轮之间的μ=0.25，分析火车能否正常转弯。经分析向心力由轨道指向圆心的静摩擦力提供代入数据可得：Ff=2.4×106NOmgFNFf但轨道提供的静摩擦力最大值：Ffm=μmg=1.96×106N供需不平衡，火车无法做圆周运动。那么火车如何转弯呢？外轨外轮内轮内轨在火车车轮上有一个突出的装置叫轮缘，靠在铁轨的内侧顺时针转NGF如图：若内外轨道等高，不计铁轨与轮之间的摩擦力，外轨对轮缘的弹力F就是使火车转弯的向心力火车质量很大外轨对轮

4、缘的弹力很大根据牛顿第二定律：外轨和外轮之间的磨损大，铁轨容易受到损坏1、综上所说，在以上火车车轮与铁轨的模型中，火车转弯做圆周运动时的向心力由铁轨对车轮的摩擦力、以及轮缘与铁轨间的弹力的合力提供。2、这种模型结构简单，便于实现。但轮缘与铁轨有挤压，车轮与铁轨有磨擦，故会造成很大的磨损。FNFf轮缘外轮最佳方案：实际上，在火车转弯处，把外轨垫得比内轨高，使铁轨对火车的支持力不再是竖直向上，而是斜向上，偏向火车转弯的内侧，最佳情况是向心力恰好由重力和支持力的合力提供，这样就可以做到内、外铁轨均不受侧向压力，而且铁轨、车轮也

5、不再受磨损了。αNGFα设火车内外轨间的距离为L，内外轨的高度差为h，火车转弯的半径为R，求火车转弯速度v0（θ较小时tanθ=sinθ）FNmgFθFNmgFθhFNmgFθhFNmgFθ思考:这就是火车转弯规定的速度，我们把它叫做设计速度分析：解得：讨论：①此时内、外轨对轮缘没有侧向压力②此时外轨受到侧向压力，这时向心力增大，外轨提供一部分分力③此时内轨受到侧向压力，这时向心力减小，内轨提供一部分分力④若火车车轮无轮缘，火车转弯时速度过大或过小时将向哪侧运动？过大时：火车向外侧运动离心向心过小时：火车向内侧运动向心、

6、圆周、离心运动“供”“需”是否平衡决定物体做何种运动供提供物体做圆周运动的力需物体做匀速圆周运动所需的力F=匀速圆周运动F<离心运动F>向心运动列车速度过快，造成翻车事故