(3)当外轨高于内轨时,向心力由火车的重力和铁轨的支持力以及内、外轨对轮缘的挤压力的合力提供,这还与火车的速度大小有关。
1.[多选]在铁路转弯处,往往使外轨略高于内轨,这是为了( )
A.增加火车轮子对外轨的挤压
B.增加火车轮子对内轨的挤压
C.使火车车身倾斜,利用重力和支持力的合力提供转弯所需的向心力
D.限制火车向外脱轨
解析:选CD 火车轨道建成外高内低,火车转弯时,轨道的支持力与火车的重力两者的合力指向弧形轨道的圆心,为火车转弯提供了(部分)向心力,减轻了轮缘与外轨的挤压,同时在一定程度上限制了火车转弯时发生离心运动,即限制火车向外脱轨,故C、D正确。
2.铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的,如图所示,已知内外轨道平面对水平面倾角为θ,弯道处的圆弧半径为R,在转弯时的速度为下列情况时,说法正确的是( )
A.v=,火车在转弯时不挤压轨道
B.v>,火车在转弯时挤压内轨道
C.v<,火车在转弯时挤压外轨道
D.无论速度为多少,火车都将挤压内轨道
解析:选A 火车以某一速度v通过弯道时,内、外轨道均不受侧压力作用,其所受的重力和支持力的合力提供向心力,F合=mgtan θ(θ为轨道平面与水平面的夹角),合力等于向心力,故有:mgtan θ=m,解得v=,当v=,火车在转弯时不挤压轨道,故A正确。当v>,重力和支持力的合力不够提供向心力,则火车转弯时会挤压外轨。当v<,重力和支持力的合力大于向心力,则火车转弯时会挤压内轨,故B、C、D错误。
竖直平面内的圆周运动
1.轻绳和轻杆模型概述
在竖直平面内做圆周运动的物体,运动至轨道最高点时的受力情况可分为两类。一是无支撑(如球与绳连接,沿内轨道的"过山车"等),称为"轻绳模型";二是有支撑(如球与杆连接,小球在弯管内运动等),称为"轻杆模型"。
2.两类模型对比