Question

如圖所示，汽車(chē)質(zhì)量為1.5×10⁴ kg，以不變的速率先后駛過(guò)凹形橋面和凸形橋面，橋面圓弧半徑為15 m．如果橋面承受的最大壓力不得超過(guò)2.0×10⁵ N，汽車(chē)允許的最大速率是多少？汽車(chē)以此速率駛過(guò)橋面的最小壓力是多少？(g取10 m/s²)

Answer 1

答案：
解析：

解析：首先要確定汽車(chē)在何位置時(shí)對(duì)橋面的壓力最大．汽車(chē)經(jīng)過(guò)凹形橋面時(shí)，向心加速度方向向上，汽車(chē)處于超重狀態(tài)；經(jīng)過(guò)凸形橋面時(shí)，向心加速度方向向下，汽車(chē)處于失重狀態(tài)，所以當(dāng)汽車(chē)經(jīng)過(guò)凹形橋面的最低點(diǎn)時(shí)如圖所示，汽車(chē)對(duì)橋面的壓力最大． 　　當(dāng)汽車(chē)經(jīng)過(guò)凹形橋面最低點(diǎn)時(shí)，設(shè)橋面支持力為Fn1，由牛頓第二定律有Fn1－mg＝m 　　要求Fn1≤2.0×105 N 　　解得允許的最大速度v合m＝7.07 m/s 　　由上面的分析可知，汽車(chē)經(jīng)過(guò)凸形橋面頂點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面的壓力最小，設(shè)為Fn2． 　　如圖所示，mg－Fn2＝m 　　解得Fn2＝1.0×105 N． 　　由牛頓第三定律知，F(xiàn)n2與Fn等值反向． 　　方法歸納　注意此處空半格公式F＝m是牛頓第二定律在圓周運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用，向心力就是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合外力．因此，牛頓定律及由牛頓定律導(dǎo)出的一些規(guī)律(如超重、失重等)在本章仍適用．