(Toto je problém na střední škole, takže žádný odpor vzduchu atd.) Osoba sedí na ruském kole o poloměru $ r $ a pohybuje se konstantní rychlostí. Jaká je síla ze sedadla působící na osobu, když je osoba ve spodní části jízdy? Když je člověk nahoře?
Můj pokus o řešení:
Když je člověk nahoře, síly na osobu působí jeho váha a stejně velká normální síla ze sedadla, které ho tlačí nahoru. Jelikož problém zahrnuje jednotný kruhový pohyb, v horní části jízdy musí být nějaká síla přitahující osobu směrem ke středu kruhu s velikostí $ \ frac {mv ^ 2} {r} $.
Příčinou této dostředivé síly musí být bezpečnostní pás na osobu, který jej táhne dolů?
Když je jízda dole, působí normální síla ze sedadla proti váhu osoby a aplikuje dostředivou sílu $ \ frac {mv ^ 2} {r} $ nahoru.
Dostředivá síla mě tak trochu mate, protože můj profesor říká, že její důkaz je nad rámec kurzu.
Komentáře
- Dostředivou sílu si můžete představit jako souhrn hromady radiálních sil, nikoli jako její vlastní samostatnou sílu. V tomto případě musí být v horní části kola součet normálové síly, síly poskytnuté bezpečnostním pásem a gravitační síly čistá síla s velikostí $ \ frac {mv ^ 2} {r} $ směrem ke středu kola. Upozorňujeme, že dostředivá síla závisí na rychlosti, což znamená, že bezpečnostní pás nemusí nutně vyvíjet sílu směrem dolů, pokud se kolo otáčí pomalu.
- @Rations Ok. Čistá síla působící na osobu, když je v horní části kola Fs = v ^ 2/2 * m … a tato síla se skládá z gravitace minus normální síla ze sedadla … ne?
- Gravitace minus velikost normální síly platí pouze tehdy, když (1) je osoba na vrcholu jízdy, (2) směr směřující ke středu byl definován jako pozitivní, a (3) když víte, že se ruské kolo pohybuje dostatečně pomalu, že směr normální síly musí být opačný než směr gravitace.
Odpověď
Za předpokladu, že máte na mysli „ruské“ kolo:
Na ruském kole je $ \ frac {m * v ^ 2} {r} $ velmi malé, protože ruská kola se pohybují pomalu.
Také na volantu zůstávají všechna auta s lidmi ve vzpřímené poloze. To znamená, že gravitační síla na lidi při jízdě vždy táhne směrem dolů.
Takže existují tři případy, na které se můžete podívat, abyste to vysvětlili:
- Vy jsou nahoře.
V tomto případě je dostředivá síla (která je nutná k tomu, abyste se pohybovali v kruhu) zajištěna gravitací. Gravitace vás táhne dolů směrem ke středu kola.
- Jste na dně.
V tomto případě je poskytovaná síla vzestupná síla poskytovaná kovovou konstrukcí kolo. Kovové nosníky, které v tomto okamžiku podpírají auto, když se pohybuje.
- Jste na boku.
V v tomto případě je síla směrem ke středu kola zajištěna kombinací struktury kola (pokud jste na spodní / boční straně a gravitace, pokud jste více nahoře)
Komentáře
- Ano, myslím, že už rozumím … Vzhledem k tomu, že v = k = 1m / sa r = 70m … pak když je kolo v e horní Fc (dostředivá síla) = 1/70 … tedy 1/70 = G-N (normální síla sedadla). Takže N = G-1/70
- Správně, pro osobu vážící 100 kg, která jede 1 m / s na 70m kole, cítí 1,43 N dostředivé síly a 981 N gravitační síly. Také jsem upravil odpověď, abych vysvětlil, odkud tato dostředivá síla vlastně pochází, i když je relativně nevýznamná.
- OH ano, zapomněl jsem na hmotnost, když jsem počítal dostředivou sílu, ale teď mám pocit, že tomu rozumím, děkuji.