勻速圓周運動的實例分析,以火車轉彎為例。
1.内外軌雖然有高度差,但火車轉彎的圓平面仍然是在水平面上,而并非在斜面上;
2.軌道外軌高于内軌,軌道對火車的支持力的水平分力(或者說重力和支持力合力)充當向心力;
3.設計速度:設内外軌問的距離為L,内外軌的高度差為h、火車轉彎的半徑為R,火車轉彎的規定速度為v₀.向心力F=mgtanθ≈mgsinθ=mgh/L(θ很小),mgh/L≈mv₀²/R
4.當火車轉彎時的實際速度v=v₀時,内外軌道對輪緣都沒有側壓力.當火車轉彎時的實際速度v>v₀時,外軌對輪緣有側壓力.
當火車轉彎時的實際速度v<v₀時,内軌對輪緣有側壓力.
5.汽車在高速路轉彎原理與火車轉彎一樣。
例題:汽車試車場中有一個檢測汽車在極限狀态下的車速的試車道,試車道呈錐面(漏鬥狀),如圖所示。
測試的汽車質量m=1t,車道轉彎半徑R=150m,路面傾斜角θ=45°,路面與車胎的動摩擦因數iconμ為0.25,設路面與車胎的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,(g取10m/s²)
求:
(1)若汽車恰好不受路面摩擦力,則其速度應為多大?
(2)汽車在該車道上所能允許的最小車速。
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