趣话高中物理(人教版) 必修2 第5章第7节
第7节 向心力
前面推导出了向心加速度,向心力就容易计算了,根据牛顿第二定律,F=ma,有
v24?2r2Fn?m?m?r?m2?m4?2f2r?m4?2n3r?m?v
rT公式较多,可能记不住,不要紧,只记住前面两个就可以了,后面的可以推导出来。关
于向心力公式的演示实验仪器有多种,其中最直观的是向心力演示器
通过改变皮带轮的直径,改变两个转动装置的角速度比,小球有铝球和钢球,质量不同,还可以改变半径,通过标尺可测定向心力的大小。用此装置可以演示公式Fn?m?2r。 虽然向心力公式是由匀速圆周运动推导出来的,但是,并不是因为圆周运动产生了向心力,其实是因为有了向心力,才产生的圆周运动。前面学过,力是改变物体运动状态的原因,曲线运动的运动状态是时刻改变的,只有物体永远受到指向圆心的力,才会做圆周运动。对于匀速圆周运动来说,所受合力就是向心力。如在光滑平面上,一条绳子拴一个小球做圆周运动,绳子拉力提供向心力。以后还会学到其它力提供向心力的情况。有时物体做非匀速圆周运动,其合力不等于向心力,如竖直平面的圆周运动,也是一条绳子拴一个小球,由于重力方向不变,无法使合力永远指向圆心,故为非匀速圆周运动。对于这样的问题,太过复杂,我们只学习最高和最低两点的情况。
向心力是效果力,是根据作用效果命名的,不是性质力,与重力、弹力、摩擦力等不同。所以受力分析时不要分析这个力,它没有反作用力,施力物体也不一定是几个物体。实际上就是物体受到的合力正好总是指向圆心的,物体在这个力的作用下做匀速圆周运动。提高向心力的方式有多种,可以是一个力,如光滑平面上,绳子拴一个小球的运动是绳子拉力提供向心力,汽车转弯时摩擦力提供向心力,以后学到的万有引力、洛伦兹力等等。还可以是讲个以上力的合力,如课本上讲的圆锥摆,由绳子的拉力和重力的合力提供向心力,火车转弯或自行车场地赛时由重力和支持力的合力提供向心力。
如果遇到与向心力有关的习题,注意运用牛顿第二定律是,合力如果是大小不变且总是指向圆心的话,将合力的表达式写在等号左边,向心力公式的表达式写在等号右边。如果合力不是总指向圆心,则将指向圆心的分力写在左边,右边写向心力表达式。如果这些等式不成立,则物体不会做圆周运动。
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