求:
f图8
1若要小球刚好离开锥面,则小球的角速度ω0至少为多大?2若细线与竖直方向的夹角为60°,则小球的角速度ω′为多大?
答案1522rads225rads
解析1若要小球刚好离开锥面,则小球只受到重力和细线的拉力,
受力分析如图所示.小球做匀速圆周运动的轨迹圆在水平面上,故向
心力水平,在水平方向运用牛顿第二定律及向心力公式得:
mgta
θ=mω02lsi
θ解得:ω02=lcosgθ
即ω0=
g5lcosθ=22rads
2同理,当细线与竖直方向成60°角时,由牛顿第二定律及向心力
公式得:mgta
α=mω′2lsi
α
解得:ω′2=lcosgα,即ω′=
glcosα=25rads
水平面内圆周运动临界问题的分析技巧1.在水平面内做圆周运动的物体,当角速度ω变化时,物体有远离或向着圆心运动的趋势半径有变化.这时要根据物体的受力情况,判断某个力是否存在以及这个力存在时方向朝哪特别是一些接触力,如静摩擦力、绳的拉力等.
f2.三种临界情况:1接触与脱离的临界条件:两物体相接触或脱离,临界条件是:弹力FN=02相对滑动的临界条件:两物体相接触且处于相对静止时,常存在着静摩擦力,则相对滑动的临界条件是:静摩擦力达到最大值.3绳子断裂与松驰的临界条件:绳子所能承受的张力是有限度的,绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力,绳子松弛的临界条件是:FT=0考点四竖直面内圆周运动的临界问题
1.在竖直平面内做圆周运动的物体,按运动到轨道最高点时的受力
情况可分为两类:一是无支撑如球与绳连接、沿内轨道运动的过山
车等,称为“绳环约束模型”,二是有支撑如球与杆连接、在弯
管内的运动等,称为“杆管约束模型”.
2.绳、杆模型涉及的临界问题
绳模型
杆模型
常见类
型
均是没有支撑的小
球
均是有支撑的小球
过最高点的临
由mg=mvr2得v临=
由小球恰能做圆周运动得v临=0
界条件
gr
讨论分
1当v=0时,FN=mg,FN为支持
1过最高点时,v≥
析
力,沿半径背离圆心
fgr,FN+mg=mvr2,2当0vgr时,-FN+mg=mvr2,
绳、圆轨道对球产生FN背离圆心,随v的增大而减小
弹力FN
3当v=gr时,FN=0
2不能过最高点时,vgr,在到达
4当v
gr时,FN+mg=mvr2,FN
最高点前小球已经指向圆心并随v的增大而增大
脱离了圆轨道
10.过山车的分析多选如图9所示甲、乙、丙、丁是游乐场中比较常见的过山车,甲、乙两图的轨道车在轨道的外侧做圆周运动,丙、丁两图的轨道车在轨道的内侧做圆周运动,r