(Jest to problem na poziomie szkoły średniej, więc brak oporu powietrza itp.) Osoba siedząca na diabelskim młynie o promieniu $ r $ porusza się ze stałą prędkością. Jaka siła z siedzenia działa na osobę, która znajduje się na dole wózka? Kiedy osoba jest na górze?
Moja próba rozwiązania:
Kiedy osoba jest na górze, siły na osobę działa jego ciężar i równie duża normalna siła z siedzenia, popychająca go do góry. Ponieważ problem dotyczy jednostajnego ruchu okrężnego, u szczytu jazdy musi istnieć jakaś siła ciągnąca osobę w kierunku środka koła o wielkości $ \ frac {mv ^ 2} {r} $.
Przyczyną tej siły dośrodkowej musi być pas bezpieczeństwa na osobie, który ciągnie go w dół?
Gdy jazda odbywa się na dole, normalna siła z siedzenia przeciwdziała wagi osoby i przykłada siłę dośrodkową $ \ frac {mv ^ 2} {r} $ w górę.
Siła dośrodkowa trochę mnie dezorientuje, ponieważ mój profesor mówi, że dowód na to wykracza poza zakres kurs.
Komentarze
- Możesz myśleć o sile dośrodkowej jako o sumie kilku sił promieniowych, a nie o jej samodzielnej sile. W tym przypadku, na górze koła, suma siły normalnej, siły wywieranej przez pas bezpieczeństwa i siły grawitacji musi być siłą netto o wartości $ \ frac {mv ^ 2} {r} $ wskazującej w kierunku środka koła. Zwróć uwagę, że siła dośrodkowa zależy od prędkości, co oznacza, że pas bezpieczeństwa niekoniecznie musi wywierać jakąkolwiek siłę skierowaną w dół, jeśli koło obraca się powoli.
- @Rations Ok. Czyli siła wypadkowa działająca na osobę znajdującą się w górnej części koła Fs = v ^ 2/2 * m … a ta siła składa się z grawitacji minus normalna siła z siedzenia … prawda?
- Grawitacja pomniejszona o wielkość siły normalnej jest prawdziwa tylko wtedy, gdy (1) osoba znajduje się na szczycie przejażdżki, (2) kierunek skierowany w stronę środka został zdefiniowany jako dodatni i (3) jeśli wiesz, że diabelski młyn porusza się na tyle wolno, że kierunek siły normalnej musi być przeciwny do grawitacji.
Odpowiedź
Zakładając, że masz na myśli diabelski młyn:
W diabelskim młynie $ \ frac {m * v ^ 2} {r} $ jest bardzo małe, ponieważ diabelskie młyny poruszają się powoli.
Ponadto wszystkie samochody z ludźmi na kierownicy pozostają wyprostowane. Oznacza to, że siła grawitacji zawsze pociąga w dół na ludziach podczas jazdy.
Istnieją trzy przypadki, na które można spojrzeć, aby to wyjaśnić:
- znajdują się na górze.
W tym przypadku siła dośrodkowa (która jest niezbędna do poruszania się po okręgu jest zapewniana przez grawitację. Grawitacja ściąga Cię w dół w kierunku środka koła).
- Jesteś na dole.
W tym przypadku siła dostarczana jest siłą skierowaną do góry, wywieraną przez metalową konstrukcję koła. Metalowe belki podtrzymujące samochód podczas jazdy w tym miejscu.
- Jesteś z boku.
W w tym przypadku siła skierowana w stronę środka koła jest zapewniana przez kombinację konstrukcji koła (jeśli jesteś na dole / z boku i grawitacji, jeśli jesteś bardziej na górze)
Komentarze
- Tak, myślę, że teraz rozumiem … Biorąc pod uwagę, że v = k = 1 m / s i r = 70 m … wtedy, gdy kierownica jest na th e góra Fc (siła dośrodkowa) = 1/70 … więc 1/70 = G-N (normalna siła gniazda). Więc N = G-1/70
- Dobrze, dla osoby ważącej 100 kg, jadącej 1 m / s na 70-metrowym kole, odczuwają 1,43 N siły dośrodkowej i 981 N. siły grawitacji. Zredagowałem również odpowiedź, aby wyjaśnić, skąd w rzeczywistości pochodzi ta siła dośrodkowa, mimo że jest stosunkowo nieistotna.
- O tak, zapomniałem o masie, kiedy obliczałem siłę dośrodkową, ale czuję, że teraz rozumiem, dzięki.