物體沿著圓周的運(yùn)動是一種常見的運(yùn)動,勻速圓周運(yùn)動是當(dāng)中最簡單也是較基本的一種,由于做勻速圓周運(yùn)動的物體的速度方向時刻在變化,因而勻速圓周運(yùn)動仍舊是一種變速運(yùn)動,具有加速度。
(1)可按如下模型來研究做勻速圓周運(yùn)動的物體的加速度:設(shè)質(zhì)點(diǎn)沿半徑為r、圓心為O的圓周以恒定大小的速度v運(yùn)動,某時刻質(zhì)點(diǎn)位于位置A,經(jīng)極短時間Δt后運(yùn)動到位置B,如圖1所示,試根據(jù)加速度的定義,推導(dǎo)質(zhì)點(diǎn)在位置A時的加速度的大小a
A;
(2)在研究勻變速直線運(yùn)動的“位移”時,我們常舊“以恒代變”的思想;在研究曲線運(yùn)動的“瞬時速度”時,又常用“化曲為直”的思想,而在研究一般的曲線運(yùn)動時我們用的更多的是一種”化曲為圓”的思想,即對于一般的曲線運(yùn)動,盡管曲線各個位置的彎曲程度不一樣,但在研究時,可以將曲線分割為許多很短的小段,質(zhì)點(diǎn)在每小段的運(yùn)動都可以看作半徑為某個合適值ρ的圓周運(yùn)動的部分,進(jìn)而采用圓周運(yùn)動的分析方法來進(jìn)行研究,ρ叫做曲率半徑,如圖2所示,試據(jù)此分析圖3所示的斜拋運(yùn)動中。軌跡最高點(diǎn)處的曲率半徑ρ。
(3)事實(shí)上,對于涉及曲線運(yùn)動加速度問題的研究中,“化曲為圓”并不是唯一的方式,我們還可以采用一種“化圓為拋物線”的思考方式,勻速圓周運(yùn)動在短時間Δt內(nèi)可以看成切線方向的勻速運(yùn)動,法線方向的勻變速運(yùn)動,設(shè)圓弧半徑為R,質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動的速度大小為v,據(jù)此推導(dǎo)質(zhì)點(diǎn)在做勻速圓周運(yùn)動時的向心加速度a。