第 6 节 向心加速度【知识要点】1、从物体的受力方向看匀速圆周运动的加速度方向三个实例:1、地球绕太阳的运动,我们容易想到,地球受到了太阳对它的作用力
根据曲线运动的特点――做曲线运动的物体所受合外力总指向曲线内侧,我们容易想到,这个力的方向是由地球指向太阳(圆心)
2、小球的受力情况,显然,它受到重力、桌面对它的支持力和细线对它的拉力等三个力的作用,如图 6-1 所示
在竖直方向上小球没有发生运动,故重力、支持力的合力为零,所以小球所受合外力就等于细线的拉力,方向沿细线指向图钉(圆心)
3、四周有挡板的圆形转盘,靠挡板处有一小物块,随着转盘一起在做匀速转动,如图 6-2 所示,不计摩擦,则小物块受到重力、转盘对它的支持力和挡板对它的弹力等三个力的作用,同以上分析可得这样的结论:物块所受合外力的方向指向圆心
几个实例中,物体所受的合外力方向都指向圆心,所以物体的加速度也指向圆心
2、向心加速度方向:设质点沿半径为 r 的圆做匀速圆周运动,某时刻位于 A 点,速度为 vA,经过时间△t后位于 B 点,速度为 vB
我们按以下思路讨论质点运动的加速度的方向
(1)分别作出质点在 A、B 两点的速度矢量 vA和 vB
由于是匀速圆周运动,vA和 vB的长度是一样的
(2)为便于对 vA和 vB做比较,将 vA的起点移到 B,同时保持 vA的长度和方向不变,它仍可代表质点在 A 处的速度
(3)以 vA的箭头端为起点,vB的箭头端为终点做矢量
如前所述,△v 就是质点由 A 运动到 B 的速度变化量
(4)是质点从 A 运动到 B 的平均加速度
由于与△v 的方向相同,以下我们只△v 讨论的方向,它代表了质点的加速度的方向
(5)△v 并不与圆的半径平行,但当△t 很小很小时,A、B 两点非常非常接近 ,vA和 vB也就非常非常接近,如图 6-3 所示
由于 vA和 vB的长度相