- 曲线运动半圆相切
曲线运动半圆相切有过切点的法线和切线。
相关例题:
题目:
在半圆形轨道上,小球从A点开始运动,运动方向与半圆切线方向一致。已知半圆的半径为R,小球的质量为m,求小球到达最高点B时的速度大小。
分析:
小球在半圆轨道上做曲线运动,受到重力和半圆轨道的支持力。由于运动方向与半圆切线方向一致,所以小球在运动过程中会受到向下的分力,导致小球在最高点时速度最小。
解题:
根据动能定理,小球从A点到B点的过程中,重力做功为零,支持力做功也为零。因此,小球到达B点时的动能只与初始动能有关。
根据能量守恒定律,初始动能等于最终动能加上势能的变化量。由于小球在最高点时速度最小,所以势能变化量为零。因此,初始动能等于最终动能。
由于小球在最高点时速度最小,所以小球受到的支持力提供向心力。根据向心力公式,有:
F = mv² / r
其中,F为支持力,v为B点速度,r为半圆半径。由于支持力与重力的合力提供向心力,所以有:
mg - F = m(vB)² / R
将F代入上式可得:
mg - mv² / r = m(vB)² / R
化简可得:
v² = gR(1 - 1/r)
其中g为重力加速度。将已知量代入可得:
v = sqrt(gR(1 - 1/R))
所以,小球到达最高点B时的速度大小为sqrt(gR(1 - 1/R))。
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