1、生活中的圆周运动生活中的圆周运动 目录01火车转弯02 汽车过拱形桥03 航天器中的失重现象04 离心运动火车转弯火车转弯问题在铁路转弯处，稍微留意一下，就能发现，内、外轨道的高度略有不同。你能解释其中的原因吗？圆周运动是一中常见的运动形式，在生活中具有广泛的应用火车转弯火车转弯时实际是在做圆周运动，因而具有向心加速度。是什么力使它产生向心加速度?与汽车轮胎不同的是，火车的车轮上有突出的轮缘火车转弯如果铁路内外轨一样高，火车转弯时，向心力由什么提供？外轨对轮缘的弹力是火车转弯所需向心力的主要来源。火车转弯如果在弯道处使外轨略高于内轨，又将如何呢？火车转弯分析转弯时不同速度对轨道的影响hl1.当
2、 v=v0时，火车对内外轨道都不产生挤压2.当 vv0时，火车对外轨道产生挤压3.当 vv0时，火车对内轨道产生挤压拓展汽车在水平路面上转弯时，由什么力提供向心力？实际上，赛道和公路弯道又是如何呢？路面是倾斜的，外高内低将路面倾斜的原因是让支持力与竖直方向成一角度，这样支持力的水平分力就可以提供部分向心力，减小静摩擦力的负担。从这个例子我们可以再一次看出，向心力是按效果命名的力，任何一个力或几个力的合力，只要它的作用效果是使物体产生向心加速度，它就是物体的向心力。如果认为做匀速圆周运动的物体除了受到另外物体的作用，还要在受一个向心力，那就不对了。汽车过拱形桥汽车过拱形桥汽车过拱形桥分析汽车在最
3、高点最低点向心力的来源汽车通过拱形桥汽车过凹形桥例题有一辆质量为 800 kg 的小汽车驶在圆弧半径为 50 m 的拱桥。（ g =10 N/kg ）（1）汽车到达桥顶时速度为 5 m/s ，汽车对桥的压力是多大？（2）汽车以多大速度经过桥顶时恰好腾空，对桥没有压力？（3）汽车对地面的压力过小是不安全的。从这个角度讲，汽车过桥的速度不能过大。对于同样的车速，拱桥圆弧的半径大些比较安全，还是小些比较安全？思考汽车在拱形桥上但不在最高点时，又该如何分析汽车所受的向心力？将重力沿半径方向、切线方向进行正交分解，由重力沿半径方向的分力、支持力的合力提供向心力。思考与讨论可以把地球看作一个巨大的拱形桥，
4、桥面的半径就是地球的半径R。地面上有一辆汽车在行驶，所受重力G=mg，地面对它的支持力为N。根据上面的分析，汽车速度越大，地面对它的支持力就越小。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是0？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？驾驶员各部分之间的压力是多少？他这时可能有什么感觉？航 天 器 中 的航 天 器 中 的失 重 现 象失 重 现 象航天器中的失重现象上面“思考与讨论”中描述的场景其实已经实现了，不过不是在汽车上，而是在航天器中。我们以绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船为例做些说明。当飞船距地面高度为100200km时，他的轨道半径近似等于地球半径R，航天员受到的地球引力近
5、似等于他在地面受到的重力mg。当飞船的运行速度达到多少时，航天员处于完全失重状态？航天器中的失重现象1 有人把航天器失重的原因说成是它离地球太远，从而摆脱了地球引力，这是错误的。正是由于地球引力的存在，才使航天器连同其中的成员有可能做环绕地球的圆周运动。2 这里的分析仅仅针对圆轨道而言。其实任何关闭了发动机，又不受阻力的飞行器的内部，都是一个完全适中的环境。例如向空中任何方向抛出的容器，其中的所有物体都处于完全失重状态。离心运动离心运动离心运动 做圆周运动的物体，由于惯性，总有沿着切线方向飞出去的倾向。但是物体没有飞出去，这是因为向心力在拉着它，使它与圆心的距离保持不变。一旦向心力突然消失，物
6、体就会沿切线方向飞出去。 除了向心力突然消失这种情况外，在合力不足以提供所需的向心力时，物体虽然不会沿切线飞去，也会逐渐远离圆心。 这里描述的运动叫离心运动。离心运动的应用洗衣机脱水时利用离心运动把附着在物体上的水分甩掉；纺织厂也用这样的方式使棉纱、毛线、纺织品干燥。在炼钢厂中，把熔化的钢水浇入圆柱形模子，模子沿圆柱的中轴线高速旋转，钢水由于离心运动趋于周壁，冷却后就形成无缝钢管。水泥管道和水泥电线杆的制造也可以采用这种离心制管技术。借助离心机，医务人员可以从血液中分离出血浆和红细胞。离心运动的危害在水平公路上行驶的汽车，如果转弯时的速度过大，所需向心力F很大，大于最大静摩擦力f，汽车将做离心
7、运动而造成事故。因此，在公路弯道，车辆不允许超过规定的速度。高速转动的砂轮、飞轮等，都不得超过允许的最大转速。转速过高时，砂轮、飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需向心力，离心运动会使它们破裂，酿成事故。例题质量为 2.0 t 的汽车在水平公路上行驶，轮胎与路面之间的最大静摩擦力为 1.5104 N 。汽车经过半径为 50 m 的弯路时，如果车速达到 72 km/h ，这辆车会不会发生侧滑？车速达到72 km/h，这辆车会发生侧滑例题有一种叫“飞椅”的游乐项目。长为 L 的钢绳一端系着座椅，另一端固定在半径为 r 的水平转盘边缘。转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动。当转盘以角速度 匀速转动时，钢绳和转轴在同一竖直平面内，与竖直方向的夹角为 。不计钢绳重力。分析转盘转动的角速度 与夹角 的关系。The end
