離心運(yùn)動(dòng)與航天器中的失重.ppt

1.火車轉(zhuǎn)彎,受力特點(diǎn)：由于外側(cè)高于內(nèi)側(cè)，重力和支持力的合力提供向心力,F=mgtan=,轉(zhuǎn)彎限速取決于拐彎半徑和斜面傾角,復(fù)習(xí),2.汽車過拱橋,重力G與支持力FN為汽車提供過拱橋的向心力,則：,若是凹形圓橋面,若是凸形圓橋面,則：,討論,物做近心運(yùn)動(dòng), 繩和內(nèi)軌模型,理論研究,mg,FN,v,軌道提供支持力,繩子提供拉力。,v, 桿兒和雙軌模型,能過最高點(diǎn)的臨界條件:,當(dāng)速度v 時(shí), 桿兒對(duì)小球是拉力; 當(dāng)速度v 時(shí), 桿兒對(duì)小球是支持力; 當(dāng)速度v = 時(shí), 桿兒對(duì)小球無作用力。,mg,FN,討論,FN=0,桿既可以提供拉力,也可以提供支持力。,FN,FN,重力、 繩的拉力,重力、桿的拉力或支持力,重力、外管壁的支持力或內(nèi)管壁的支持力,豎直平面內(nèi)的變速圓周運(yùn)動(dòng),. 如圖所示，雜技演員在表演“水流星”， 用長(zhǎng)為1.6m輕繩 的一端，系一個(gè)總質(zhì)量為0.5kg的盛水容器，以繩的另一端為圓 心，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，若“水流星”通過最高點(diǎn)的速 度為4m/s，g取10m/s2，則下列說法正確的是（ ） A. “水流星”通過最高點(diǎn)時(shí)，有水從容器中流出 B. “水流星”通過最高點(diǎn)時(shí)，繩的張力及容器的 底部受到的壓力均為零 C. “水流星”通過最高點(diǎn)時(shí)，處于完全失重狀態(tài)， 不受力的作用 D. “水流星”通過最高點(diǎn)時(shí)，繩子的拉力大小為5N,M,N,v,O,R,B,一做圓周運(yùn)動(dòng)的條件,1實(shí)際所能提供的向心力 F提供,指向圓心方向的合外力,2做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力F需,3做圓周運(yùn)動(dòng)的條件,F提供,=,F需,指向圓心方向的合外力等于物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力,離心運(yùn)動(dòng),1.現(xiàn)象：,當(dāng)指向圓心的合力突然消失或者不足時(shí)，物體做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，叫做離心運(yùn)動(dòng)。,2條件：,3、離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止,(1)離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用,甩干雨傘上的水滴,在雨天,我們可以通過旋轉(zhuǎn)雨傘 的方法甩干雨傘上的水滴,旋轉(zhuǎn)時(shí),當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)快到一定的程度時(shí),水滴和雨傘之間的附著力滿足不了水滴做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力,水滴就會(huì)做遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)而被甩出去。,鏈球運(yùn)動(dòng),在田徑比賽中,鏈球項(xiàng)目就是得用離心現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)投擲的。鏈球的投擲是通過預(yù)擺和旋轉(zhuǎn)來完成的,運(yùn)動(dòng)員手持鏈球鏈條的一端,在鏈球高速旋轉(zhuǎn)時(shí),突然松手,拉力消失,鏈就沿切線方向飛出去。,把濕布?jí)K放在離心干燥器的金屬網(wǎng)籠里,網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較慢時(shí),水滴跟物體的附著力 F足以提供所需要的向心力,使水滴做圓周運(yùn)動(dòng),當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)的比較快時(shí),附著力 F 不足以提供所需要的向心力,于是水滴做離心運(yùn)動(dòng),穿過網(wǎng)孔,飛到網(wǎng)籠外面。洗衣機(jī)的脫水筒也是利用離心運(yùn)動(dòng)把濕衣服甩干的。,離心干燥器,o,Fm2r,F,v,關(guān)于制作“棉花“糖的原理,它的內(nèi)筒與洗衣機(jī)的脫水筒相似,里面加入白砂糖,加熱使糖熔化成糖汁。內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn),黏稠的糖汁就做離心運(yùn)動(dòng),從內(nèi)筒壁的小孔飛散出去,成為絲狀,到達(dá)溫度較低的外筒時(shí),迅速冷卻凝固,變得纖細(xì)雪白,像一團(tuán)團(tuán)棉花。,(2)離心運(yùn)動(dòng)的防止, 在水平公路上行駛的汽車轉(zhuǎn)彎時(shí),Ffmaxm,r,2,Ff,汽車,在水平公路上行駛的汽車,轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力是由車輪與路面的靜摩擦力提供的。如果轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過大,所需向心力F大于最大靜摩擦力Ffmax,汽車將做離心運(yùn)動(dòng)而造成交通事故。因此,在公路彎道處,車輛行駛不允許超過規(guī)定的速度。, 高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪等,高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪等,都不得超過允許的最大轉(zhuǎn)速,如果轉(zhuǎn)速過高,砂輪、飛輪內(nèi)部分子間的作用力不足以提供所需的向心力時(shí),離心運(yùn)動(dòng)會(huì)便它們破裂,甚至釀成事故。為了防止事故的發(fā)生,通常還要在砂輪和飛輪的外側(cè)加裝一個(gè)防護(hù)罩。,思考與討論： 地球可以看做一個(gè)巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球的半徑。會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時(shí)，地面對(duì)車的支持力是零？這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少？,在航天器中所有和重力有關(guān)的儀器都無法使用！,1彈簧測(cè)力計(jì)無法測(cè)量物體的重力,2天平無法測(cè)量物體的質(zhì)量,但仍能測(cè)量拉力或壓力的大小。,3水銀氣壓計(jì)無法測(cè)量大氣壓,4溫度計(jì)仍然可以測(cè)溫度,利用完全失重條件的科學(xué)研究,液體呈絕對(duì)球形,制造理想的滾珠,制造泡沫金屬,.宇航員在圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的空間站中處于 完全失重狀態(tài)，下列說法正確的是（ ） A.宇航員仍受重力的作用 B.宇航員受力平衡 C.宇航員受的重力等于所需的向心力 D.宇航員不受重力的作用,AC,解圓周運(yùn)動(dòng)問題的基本步驟,1.確定作圓周運(yùn)動(dòng)的物體作為研究對(duì)象。 2.確定作圓周運(yùn)動(dòng)的軌道平面、圓心位置 和半徑。 3.對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析畫出受力示意 圖。 4.運(yùn)用平行四邊形定則或正交分解法（取向心加速度方向?yàn)檎较颍┣蟪鱿蛐牧。 5.根據(jù)向心力公式，選擇一種形式列方程 求解,例：一輛質(zhì)量 的小轎車，駛過半徑 的一段圓弧形橋面，重力加速度 。求： （1）若橋面為凹形，汽車以 的速度通過橋面最低點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面壓力是多大？ （2）若橋面為凸形，汽車以 的速度通過橋面最高點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面壓力是多大？ （3）汽車以多大速度通過凸形橋面的頂點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面剛好沒有壓力？,例2.如圖所示，光滑圓盤中心有一個(gè)小孔，用細(xì)繩穿過小孔，兩端各系一小球A、B，A、B等質(zhì)量，盤上的小球A做半徑為r=20cm的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，要保持B球靜止，A球的角速度多大？,A,B,解析：對(duì)于A，根據(jù)牛頓第二定律,F= m2r,對(duì)于B，F(xiàn) = mg ,聯(lián)立解得 =,r=0.2m,A,B,例3.細(xì)繩一端系一質(zhì)量為M=0.6千克的物體A,靜止在水平面上,另一端通過光滑小孔吊著質(zhì)量m=0.3千克的物體B,M的中心距圓孔