第三講:自然坐標系下曲線運動的加速度

第三講:自然坐標系下曲線運動的加速度

—— 以圓周運動為例


數(shù)學符號

\vec{e}_n, \vec{e}_{t}, \frac{x}{y}, \sqrt{x}

對應的代碼為
$\vec{e}_n$, $\vec{e}_{t}$, $\frac{x}{y}$, $\sqrt{x}$


知識點

  • 曲線運動的加速度\vec{a}?

    • 自然坐標系奉件, \vec{e}_n损晤,\vec{e}_{t}

    • 勻速圓周運動的加速度,向心加速度 a_n=\frac{v^2}{R}

      • 寫成矢量式 \vec{a}_n=
    • 直線運動的加速度升薯,切向加速度 a_t=\frac{dv}{dt}?

      • 寫成矢量式 \vec{a}_t=?
    • 變速圓周運動的加速度

      • \vec{a}=?
    • 一般曲線運動的加速度

      • 曲率半徑的直觀感受
      • 計算曲率半徑

例題


  • 例1.

    曲線運動中,加速度經常按切向\vec{e}_{t}和法向\vec{e}_{n}進行分解:

    \vec{a}=\vec{a}_{t}+\vec{a}_{n}?$$=\frac{dv}{dt}\vec{e}_{t}+\frac{v^{2}}{R}\vec{e}_{n}?

    借助熟悉的例子來構建其直觀物理圖像浴栽,有助于理解并記憶這些復雜的公式荒叼。

    • 在彎曲的軌道上勻速率行駛的火車,
      (1) \vec{a}_{t}\neq0典鸡,
      (2) \vec{a}_{t}=0被廓,

    • 在直線上加速跑向食堂的小伙伴,
      (3) \vec{a}_{t}\neq0萝玷,
      (4) \vec{a}_{t}=0嫁乘,

    • 變速圓周運動的質點,
      (5) \vec{a}_{t}\neq0球碉,\vec{a}_{n}=0蜓斧。
      (6) \vec{a}_{t}\neq0a_{n}=\frac{v^{2}}{R} (不就是高中學過的向心加速度嘛)

      上述判斷正確的為

解答:


  • 例2.

    一個質點在做圓周運動時,則

    • 切向加速度一定改變, 法向加速度也改變
    • 切向加速度可能不變, 法向加速度一定改變
    • 切向加速度可能不變, 法向加速度不變
    • 切向加速度一定改變, 法向加速度不變

解答:


  • 例3.

    物體作斜拋運動睁冬,初速度大小為v_{0}挎春,且速度方向與水平前方夾角為\theta,則物體軌道最高點處的曲率半徑為( )豆拨。

解答:


  • 例4.

    質點在Oxy 平面內運動直奋,其運動方程為\vec{r}=t\ \vec{i}+\frac{1}{2}t^{2}\ \vec{j}.則在t=1 時切向和法向加速度分別為( )

解答:


作業(yè)




  • 質點在Oxy 平面內運動,其運動方程為\vec{r}=3t\ \vec{i}+(1-t^{2})\ \vec{j}.則在t_{1}=1t_{2}=5 時間內的平均速度為

解答:

  • 設質點的運動學方程為 \vec{r}=R\cos\omega t\ \vec{i}+R\sin\omega t\ \vec{j} (式中R\omega皆為常量) 則質點的速度和速率分別為

解答:

  • 運動學的一個核心問題是已知運動方程辽装,求速度和加速度帮碰。質點的運動方程為
    \begin{cases} x=-10t+30t^{2} & ,\\ y=15t-20t^{2} & , \end{cases}
    t時刻的速度與速率

解答:

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