高中物理知識點(diǎn)之向心力
向心力是根據(jù)力的作用效果命名的。向心力可能是彈力、摩擦力或重力提供,也可能是幾個力的合力,還可能是某個力的分力提供。
勻速圓周運(yùn)動的速率不變,而速度方向時刻在變化,只改變速度方向的力叫做向心力。
向心力最顯著的特點(diǎn)是與速度方向垂直,只改變速度方向,不改變速度大小。
作勻速圓周運(yùn)動的物體,由于速度大小不變,速度方向不斷改變,合力一定與速度方向垂直,且合力指向軌跡彎曲一側(cè),正好指向圓心,所以,將改變速度方向的力稱為向心力。
作勻速圓周運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn),合外力提供向心力;作非勻速圓周運(yùn)動的物體來講,一般將其所受的力沿著運(yùn)動方向和與運(yùn)動垂直的方向進(jìn)行分解:沿運(yùn)動方向的力(稱為切向力)是改變速度大小;沿與運(yùn)動方向垂直的力(稱為法向力)是改變速度的方向。
一、向心力
1、向心力是改變物體運(yùn)動方向,產(chǎn)生向心加速度的原因。
2、向心力的方向指向圓心,總與物體運(yùn)動方向垂直,所以向心力只改變速度的方向。
3、根據(jù)牛頓運(yùn)動定律,向心力與向心加速度的因果關(guān)系是,兩者方向恒一致:總是與速度垂直、沿半徑指向圓心。
4、對于勻速圓周運(yùn)動,物體所受合外力全部作為向心力,故做勻速圓周運(yùn)動的物體所受合外力應(yīng)是:大小不變、方向始終與速度方向垂直。
二、向心力公式
1、由公式a=ω2r與a=v2/r可知,在角速度一定的條件下,質(zhì)點(diǎn)的向心加速度與半徑成正比;在線速度一定的條件下,質(zhì)點(diǎn)的.向心加速度與半徑成反比。
2、做勻速圓周運(yùn)動的物體所受合外力全部作為向心力,故物體所受合外力應(yīng)大小不變、方向始終與速度方向垂直;合外力只改變速度的方向,不改變速度 的大小.根據(jù)公式,倘若物體所受合外力F大于在某圓軌道運(yùn)動所需向心力,物體將速率不變地運(yùn)動到半徑減小的新圓軌道里(在那里,物體的角速度將增大),使 物體所受合外力恰等于該軌道上所需向心力,可見物體在此時會做靠近圓心的運(yùn)動;反之,倘若物體所受合外力小于在某圓軌道運(yùn)動所需向心力,“向心力不足”, 物體運(yùn)動的軌道半徑將增大,因而逐漸遠(yuǎn)離圓心.如果合外力突然消失,物體將沿切線方向飛出,這就是離心運(yùn)動。
三、用向心力公式解決實(shí)際問題
根據(jù)公式求解圓周運(yùn)動的動力學(xué)問題時應(yīng)做到四確定:
1、確定圓心與圓軌跡所在平面;
2、確定向心力來源;
3、以指向圓心方向為正,確定參與構(gòu)成向心力的各分力的正、負(fù);
4、確定滿足牛頓定律的動力學(xué)方程;
做圓周運(yùn)動物體所受的向心力和向心加速度的關(guān)系同樣遵從牛頓第二定律:Fn=man在列方程時,根據(jù)物體的受力分析,在方程左邊寫出外界給物體提供的合外力,右邊寫出物體需要的向心力(可選用等各種形式)。
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