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竖直平面内的圆周运动

本课属于 Coddy Physics 学习旅程的“力学”单元。第 78 课,共 97 课。

在竖直圆周运动中,重力始终向下。取指向圆心的方向为正:

top: T+mg=mv2r,bottom: T−mg=mv2r\text{top: } T + mg = \frac{mv^2}{r}, \qquad \text{bottom: } T - mg = \frac{mv^2}{r}

一个球系在绳子上,绕着中央的钉子做竖直圆周运动。在最高点,张力 T 和重力 mg 都向下,指向圆心。在最低点,较长的张力箭头向上,指向圆心,重力则向下,背离圆心

在最高点,两个力都指向圆心;在最低点,重力背离圆心。

绳子的拉力在最低点最大。乘坐过山车时,座椅的支持力 NN 起到 TT 的作用:到达凹处最低点时,乘客会感觉更重。

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挑战

一位质量为 60 kg60\ \mathrm{kg} 的骑手乘坐过山车经过凹陷处的最低点。此时,她的加速度为 5 m/s25\ \mathrm{m/s^2},方向竖直向上,指向凹陷处的中心。求座椅对她的支持力 NN。

亲手试试

Physics diagram: path, cart

求 NN

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