当我骑过山车或挥杆时,我觉得我的整个身体都会飞出来。我们正在做圆形运动。在这种情况下,我们深刻地体验了中心力的可怕部分,并感到我们的心即将跳出来。
在这堂课中,让我们了解什么是中心力?如何表达中心力?中心力在生活中的哪种应用?
中心力的定义。顾名思义,“ centripetal力” f方向:通过以圆形运动运动的物体指向圆圈的力。指向圆的中心称为“中心”。 (向日葵)
圆形运动轨迹,标记4个相等点A,B,C,D。曲线运动的速度沿轨迹的切线方向,因此这4点的方向在水平右和垂直下向下。 ,水平向左,垂直向上。接下来,请要求4名学生根据定义(指向圆圈中心的力)在黑板上的这4分标记中心力的方向。通过观察,我们发现这四个力量指向圆圈的中心 - “不要忘记最初的意图并记住任务。”中心力与邻居的wifi一样善变。还有其他共同点吗? (这里应该有一个宿醉)a!它们都垂直于速度。这是中心力的第一个特征:方向始终垂直于速度,即θ= 90°(服务员端板不起作用);更深入,有其他中心力的特征吗?在本学期的第一堂课中,只有在力垂直于速度时才能改变什么?方向。不要改变速度的幅度。如果角度小于90°,则速度将变得更快;如果角度大于90°,则速度将变慢。中心力的第二个特征:仅改变速度的方向,不会影响速度的大小。
中心力从何而来?您给它还是从石头上弹出的?必须有一个来源。因此,我们必须探索中心力的来源。让我们以3种普通的大学入学考试模型。首先是使用平行四边形代表数学中的平面。这是一架飞机。飞机上有一个指甲,并且有一个与指甲相连的绳套。一个小球绑在绳索的末端。 “爆炸”小球以在水平面上进行圆形运动,请问:球受到多少力?有什么区别? 3力,重力(力分析顺序:一,两和三摩擦),支撑力,还有什么?由于球倾向于向外飞,因此绳索将被拧紧,从而在球上产生拉力。重力支持两种力的平衡,取消为0。指向圆心中心的张力是中心力,即t = f方向;
第二个例子是“锥形摆模型”。这是一个天花板,一个小球悬挂在天花板下方的绳索。以这种方式的小球,挥杆的球在飞机上画了一个圆圈。这个圆圈和绳索是否形成一个称为“锥摆”的锥体。同样的问题:球遭受了多少力量?他们是谁?还有其他力量要受到影响:重力和沿绳索拉动力吗?它消失了。那么这些力都没有指向圆圈的中心,谁是中心力?顺便说一句,它们的联合力在对角线上,是否指向圆的中心?
下一个示例与老式的壁钟有关。你见过吗?正是挂钟“打孔”一个小时。这个壁钟下有挥杆吗?它称为“单个摆”。让我们模拟:天花板上的旋转点被悬挂在绳索上,绳子悬挂在飞机上。它旋转的轨迹是循环运动的一部分。是粉丝吗?球遭受了多少力量?他们是谁?仍然有2个力,重力和张力。张力指向圆圈的中心,张力也是中心力吗?不完全!重力沿绳索沿切线沿绳索和组分力G2正交分解为分量G1。 t和g1均沿着半径,两者的联合作用充当单个摆的中心力,即t-g1 = f方向。
在上面的三个示例中,我们发现:中心力的来源是什么?任何力都可以充当中心力,两种力的联合力可以充当中心力,一项力的联合力和另一力的联合力也可以充当中心力。因此,中心力的来源非常宽,没有什么神奇的。分析力时,您需要单独写出它吗?不必要。例如,如果已经分析了T,您是否需要分别分析中心力?无需,中心力是以“效应”命名的力。不要再添加更多。例如:我们班级的类监视器是***,这句话很好。但是我们可以说我们的班级有一个***和班级监视器,这是不必要的。我们将向物理学班级代表和Ren Jincheng提供一组物理论文,Ren Jincheng必须做两套物理论文。让我给你另一个例子;我可以说我想吃火锅和热东西吗?不,因为火锅很热。这使它变得多余。
我们知道,中心力是由普通力作用的,它的表达是什么?
要求同学去黑板写下6种centripetal加速的表达式:
中心置加速度如何发生?我收到了一支力量,这种力量是所谓的“中心力”。根据牛顿的两个定律,f Direction =人,centripetal加速度的角度标记具有n,因此中心力的角度标记也具有n,我给了他们一组有限的夫妻皮肤。因此,我们得到了中心力的表达:
f方向=
中心力的表达源自该理论。怎么能保证是正确的? “知道你在纸上得到什么总是很浅,你必须自己练习。”因此,通过实验,中心力表达的正确性(锥摆法)。对于锥摆,环形的长度为L,圆柱体和垂直方向之间的角度为θ,并且在圆形平面中球的旋转半径为r。
两个线索 - 从“静态”和“运动学”的两个角度分析。
“静态”:力分析,球受到重力和绳索的张力,两者的联合力提供了中心力。观察到:F-组合=mgtanθ,球连续旋转,使用量角器来测量角度θ是否很容易?因此,我找到了将动态角度冻结到静态几何特征中的方法。观察到
,,,,
所以:
“运动学”:您想验证哪种表达?实际上,验证是相同的,因为这6个公式可以相互推动。因此,只要事实证明其中一个是正确的,则意味着其他五个也是正确的。然后选择f方向= m
争论。只要您证明该公式等于先前的公式,就意味着中心力的推导表达是正确的。反之亦然。比较上述两个公式,发现M和R很常见,因此请检查它们,您可以通过测量悬浮绳的长度L,小球的旋转半径R以及用于t将小球旋转一个圆。表达是否正确?考试问题:您至少需要测量多少个物理量才能验证表达?他们是谁?答案是3。它们是:l,r,t。
接下来,让我们看一下询问实验:再次探索哪些因素与中心力有关。中心力演示仪器 - 聆听声音就像是手动曲折的拖拉机。
到目前为止,我们学到的圆形运动非常特别 - “恒定速度圆运动”;生活中更常见的是实际上不是均匀的速度循环运动。例如,当汽车转弯时,该位置为30英里,下一个位置变为20英里,下一个位置变为10英里,速度会不断变化吗?这种线性速度的圆形运动正在不断变化,这称为“可变速度圆形运动”。可变速度循环运动的最重要特征是受到的外力不指向圆的中心。如何处理?四个词 - “ Orgonal分解”:将F分解到指向圆心中心的中心力Fn,并垂直于其切向力ft。
根据NIU II的说法,FN将生成相应的中心加速度。 ft将生成相应的切向加速度。由于中心的加速度垂直于速度方向,因此可以改变速度的方向。因为切向加速度和速度沿切线的方向都可以改变速度的幅度。我们看到这两个加速功能之间的区别,每个功能都执行自己的职责。如果没有切向加速,可变速度圆运动将退化为均匀的圆形运动。如果没有中心的加速度,可变速度圆运动将退化为均匀的线性运动。
更一般而言,这样的曲线称为“通用曲线运动”,它的确是非常“通用”:轨迹既不是直线也不是圆。我们对这种曲线运动的解决方案是什么?仍然有四个词:“简化复合物”(极限和划分):用放大镜仔细看,每个弧都可以看作是圆圈的一部分。因此,在这些地方添加圆圈,并使用处理可变速度循环运动的方法来处理一般曲线运动。
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