Question

9．如圖所示，一輛質(zhì)量m=1.6×10³kg的汽車(chē)以v₁=20m/s的速度通過(guò)半徑r=80m的拱形橋頂端，重力加速度g=10m/s²．
（1）求汽車(chē)通過(guò)拱形橋頂端時(shí)對(duì)橋的壓力F_N的大��；
（2）若汽車(chē)以速度v₂通過(guò)拱形橋頂端時(shí)對(duì)橋的壓力恰好為零，求v₂的大�。�

Answer 1

分析 （1）在拱形橋最高點(diǎn)，根據(jù)重力和橋面的支持力的合力提供圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，根據(jù)牛頓第二定律求解即可；
（2）汽車(chē)在最高點(diǎn)對(duì)拱形橋的壓力為零時(shí)，靠重力提供向心力，再根據(jù)牛頓第二定律求出汽車(chē)的速度．

解答 解：（1）汽車(chē)通過(guò)拱形橋頂端時(shí)，由牛頓第二定律得：
$mg-{F}_{N}=m\frac{{{v}_{1}}^{2}}{r}$
解得：${F}_{N}=mg-m\frac{{{v}_{1}}^{2}}{r}$=8×10³N
由牛頓第三定律可知汽車(chē)對(duì)圓弧形拱橋的壓力為8×10³N
（2）汽車(chē)對(duì)拱形橋的壓力為零時(shí)，由牛頓第二定律得：
$mg=m\frac{{{v}_{2}}^{2}}{r}$
解得：${v}_{2}=\sqrt{gr}=20\sqrt{2}m/s$
答：（1）汽車(chē)通過(guò)拱形橋頂端時(shí)對(duì)橋的壓力的大小為8×10³N；
（2）若汽車(chē)以速度v₂通過(guò)拱形橋頂端時(shí)對(duì)橋的壓力恰好為零，則v₂的大小為$20\sqrt{2}m/s$．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道汽車(chē)過(guò)拱橋，在最高點(diǎn)，靠重力和支持力的合力提供向心力，若支持力為0，由重力提供向心力．