问题:水平面内的圆周运动的质点,向心力有什么特点?
【例一】如图所示,圆锥摆的摆球质量为m,摆长为L,悬点0离摆球做匀速圆周运动的水平面距离为h,试证明:对不同质量的摆球,不同的摆长,只要h相同,它们做匀速圆周运动的周期就一定相同。
【例二】如图所示,一个光滑的圆锥体固定在水平桌面上,其轴线沿竖直方向,母线与轴线之间夹角为θ=30°,一条长为L的绳(质量不计),一端固定在圆锥体的顶点0处,另一端拴着一个质量为m的小物体(可视为质点),物体以速率v绕锥体的轴线做水平匀速圆周运动。
(1)当时,求绳对物体的拉力;
(2)当时,求绳对物体的拉力。
【例三】如图所示是离心试验器的原理图,可以用离心试验来研究过荷对人体的影响,测试人的抗荷能力。离心试验器转动时,被测者做匀速圆周运动,现已知OA=L,AB=d,当转动时AB与水平杆OA成50°角,人可视力质点,求:
(1)被测试者对座位的压力为重力的多少倍?
(2)此时试验器转动的角速度多大?
三、临界和极值问题
【例四】如图所示,在匀速转动的水平圆盘上,沿半径方向放置两个由细线相连的质量均为m的小物体A、B,它们到转轴的距离分别为20cm,30cm,A、B与盘面间的最大静摩擦力均为其重力的O.4倍,试求:
(1)当细线上开始出现张力时,圆盘的角速度ω;(g取10m/s2)
(2)当A开始滑动时,圆盘的角速度ω;
(3)当A即将滑动时,烧断细线,A、B将如何运动?
【例五】如图所示,光滑的水平面上钉有两枚铁钉A和B,相距O.1m。长1m的柔软细绳拴在A上,另一端系一质量为O.5 kg的小球,小球的初始位置在AB连线上A的一侧,把细线拉紧,给小球以2m/s的垂直细线方向的水平速度使它做圆周运动。由于钉子B的存在,使线慢慢地缠在A、B上,
(1)如果细线不会断裂,从小球开始运动到细线完全缠在A、B上需要多长时间?