Question

如圖所示，有一輛質(zhì)量為2×10³kg的小汽車(chē)駛上半徑為50m的圓弧形拱橋．求：
（1）汽車(chē)到達(dá)橋頂?shù)乃俣葹?0m/s時(shí)對(duì)橋的壓力是多大；
（2）汽車(chē)以多大的速度經(jīng)過(guò)橋頂時(shí)恰好對(duì)橋沒(méi)有壓力作用而騰空；
（3）設(shè)想拱橋的半徑增大到與地球半徑一樣，那么汽車(chē)要在這樣的橋面上騰空，到達(dá)橋頂?shù)乃俣戎辽僖�多大．（重力加速度g取10m/s²，地球半徑R取6.4×10³km）

Answer 1

分析：（1）汽車(chē)在橋頂時(shí)靠重力和支持力的合力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律求出支持力的大小，從而求出汽車(chē)對(duì)橋的壓力．
（2）當(dāng)汽車(chē)對(duì)橋的壓力為零時(shí)，則靠重力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律求出汽車(chē)的速度．
（3）通過(guò)重力提供向心力求出汽車(chē)的速度．

解答：解：（1）根據(jù)牛頓第二定律得，mg-N=m

v2

R

解得N=mg-m

v2

R

=1.6×10³ N
根據(jù)牛頓第三定律知，汽車(chē)對(duì)橋的壓力為1.6×10³ N．
（2）根據(jù)mg=m

v′2

R

解得v/=

gr

=

10×50

m/s=10

5

m/s．
（3）根據(jù)mg=m

v″2

R

解得v″=

gR

=8000m/s．
答：（1）汽車(chē)到達(dá)橋頂?shù)乃俣葹?0m/s時(shí)對(duì)橋的壓力是1.6×10³ N．
（2）汽車(chē)的速度為10

5

m/s時(shí)，汽車(chē)對(duì)橋頂無(wú)壓力．
（3）汽車(chē)要在這樣的橋面上騰空，到達(dá)橋頂?shù)乃俣戎辽僖?000m/s．

點(diǎn)評(píng)：解決本題的關(guān)鍵掌握?qǐng)A周運(yùn)動(dòng)向心力的來(lái)源，運(yùn)用牛頓第二定律進(jìn)行求解．