铁路弯道处,外轨________内轨,若火车按规定的速度v0行驶,转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供,即________=m,如图所示,则v0=________,内外轨道对火车________作用。其中R为弯道半径,θ为轨道平面与水平面间的夹角。
(1)当火车行驶速度________时,外轨道对轮缘有侧压力。
(2)当火车行驶速度________时,内轨道对轮缘有侧压力。
2.拱形桥问题
(1)汽车过拱形桥
汽车在最高点满足关系:________=m,
即FN=mg-m。
①当v=时,FN=________。
②当0≤v<时,________<FN≤________。
③当v>时,汽车将脱离桥面做平抛运动,易发生危险。
(2)汽车过凹形桥
汽车在最低点满足关系:________=,
即FN=mg+。
3.绕地球做圆周运动的卫星、飞船、空间站处于________________。
(1)质量为M的航天器在近地轨道运行时,航天器的重力提供向心力,满足关系:Mg=M,则v=。
(2)质量为m的航天员:设航天员受到的座舱的支持力为FN,则mg-FN=。
当v= 时,FN=0,即航天员处于完全失重状态。
4.离心运动
(1)物体做离心运动的原因
提供向心力的合力突然消失,或者合力不能提供足够的向心力。
(2)合力与向心力的关系
[提醒] (1)汽车路面(路面外高内低,向心力由重力和支持力的合力Gtan α提供,沿水平方向,指向转弯圆轨道的圆心)、飞机倾斜(外侧机翼高于内侧机翼,向心力由重力和升力的合力Gtan α提供,沿水平方向,指向转弯圆轨道的圆心)规律与货车转弯规律类似。
(2)汽车过拱形桥时,处于失重状态;汽车过凹形桥时处于超重状态。
(3)离心力是效果力,受力分析时,不能说物体受到离心力的作用。
【典例分析】 以下情境描述符合物理实际的是( )
A.火车轨道在弯道处设计成外轨低内轨高,以便火车成功安全转弯
B.轨道上飞行的航天器是平衡状态
C.汽车通过拱形桥最高点时对桥的压力小于汽车重力
D.汽车通过凹形桥最低点时对桥的压力小于汽车重力
[针对训练]
1.(2021·浙江高一期中)在高速公路的拐弯处,通常路面都是外高内低。如图所示,在某路段汽车向左拐弯,司机左侧的路面比右侧的路面低一些。汽车的运动可看作是做半径为R的圆周运动。设内外路面高度差为h,路基的水平宽度为d,路面的宽度为L,已知重力加速度为g。要使车轮与路面之间的横向具有向外的运动趋势(即垂直于前进方向),则汽车转弯时的车速应为( )