光滑水平面上,小球在繩的拉力作用下做勻速圓周運動,為什麼是拉力提供向心力?(看補充)謝謝你!

時間 2021-07-02 09:51:35

1樓:璞璞

璞璞理解有兩種情形,第一種情形,繩和小球近似在乙個水平面上,請看圖1

我們先由果索因,運用逆推的方法。小球作什麼運動?小球作勻速圓周運動。

作勻速圓周運動的物體必須滿足勻速圓周運動的條件——「合外力充當向心力。」那麼這個小球,在水平面內,作以O點為圓心的勻速圓周運動,它所受到的向心力必然從小球的質心指向O點。

我們再來分析一下小球的受力情況。我們知道,力是可以分解與合成的。我們將小球的受力分解到水平和垂直兩個方向。

垂直方向上,重力和支援力大小相等,方向相反,是一對作用力與反作用力。垂直方向上不受其它力的作用。

水平方向上,由於水平面光滑,小球不受支援面的摩擦力,同時為使問題變的簡單,我們忽略空氣的摩擦力。那麼小球在水平面上受到什麼力呢?容易知道,小球在水平面上只受到繩的拉力。

繩對小球的拉力,從小球的質心指向O點,我們假設在O點處有乙個釘子固定住繩的一端。

所以在第一種情況下,問題分析到這裡,已經有了明確的答案。小球所受的合外力充當向心力,小球所受的合外力就等於繩對小球的拉力,所以繩對小球的拉力充當小球作勻速圓周運動的向心力。這是乙個簡單的邏輯,我們可以對這一邏輯進行驗證。

一是繩對小球拉力的方向,從小球的質心指向O點,這與向心力的方向,從質心指向O點,完全一致。二是繩對小球的拉力的大小,是不是等於小球圍繞O點作勻速圓周運動的向心力的大小一樣大?當然,這需要實驗驗證。

第二種情況,小球在水平面內作勻速直線運動,繩掛在高出。如圖2所示:

圖2在第二種情況下,我們需要對繩的拉力進行分解,把它分解到垂直和水平方向上。繩的拉力在垂直方向上的分量為 ,繩的拉力在水平方向上的分量為 ,F是繩的拉力。

我們對小球的受力情況進行完整的分析。垂直方向上,小球受到向下的重力,向上的支援力,同時受到繩向上的拉力, ,垂直方向上維持靜力平衡。水平方向上,小球只受到繩的拉力,方向從質心指向O點,大小為。

由第一種情況可知,正是繩的拉力在水平方向的分量,充當了小球作勻速圓周運動的向心力。

因為小球作速度恆定的勻速圓周運動,保持穩定,小球作勻速圓周運動所需要的向心力保持穩定,即的大小和方向保持穩定,此時F保持穩定, 大小保持不變。

好,璞璞在這裡引申一下,以使這個問題變的更有趣,也更有難度。假設小球的運動速度由 變成了 ,這個勻速圓周運動還穩定嗎?它將演變成什麼樣的運動?

小球會不會飛起來,離開水平面,在空中作新的勻速圓周運動呢?如果是這種情況,它要滿足哪些條件?

2樓:白落

是誰在做圓周運動?

是小球。

小球受的拉力是向哪兒的?

向內的。

為什麼向內?

軟繩力一定是從繩中心向兩端,相應的向外施加的力一定是由兩端到繩中心的,也就是只能提供力。因此小球受力從繩端向中心,也就是向內。

3樓:質彎時空

我是這樣。理解你的意思了。你應該是這麼理解的吧,為什麼不是小球拽著圓心往外拉,而是圓心拽著小球做圓周運動,是這意思吧?

那是因為圓心處相對質量較大,即便它綁在乙個固定的桌面上,它也是和地球連在一起的。所以小球對圓心處的拉力因為地球的質量很大,所以它很難拉得動。但是翻過來,因為小球的質量很小,所以圓心處的拉力很容易就會拉動小球。

你這個思路很不錯,因為你涉及到了乙個動量守恆的問題,其實啊,圓心處它是運動的,因為圓心和小球整體要組成乙個動量守恆系統。但是因為圓心處它所攜帶的地球的質量很大,導致你看不出來。

4樓:

你把研究物件弄混了

小球做圓周運動,小球受到繩的拉力,方向是指向圓心的;

繩子受到小球的拉力, 這個拉力方向是向外的;

作用力與反使用力,方向是相反的

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