向心力的大小探究试验的具体操作步骤
(1)用质量不同的钢球和铝球做实验,使两球运动的半径r和角速度ω相同。
可以观测出,向心力的大小与质量有关,质量越大,所需的向心力就越大。
(2)换用两个质量相同的小球做实验,保持它们运动的半径相同。
可以观测出,向心力的大小与转动的快慢有关,角速度越大,所需向心力也越大。
(3)仍用两个质量相同的小球做实验,保持小球运动角速度相同。
可以观测出,向心力的大小与小球运动的半径有关,运动半径越大,所需的向心力越大。
实验表明:向心力的大小跟物体的质量m、圆周半径r和角速度ω都有关系。
进一步还可以证明,匀速圆周运动wuli.in所需的向心力公式为 F=mrω²
做圆周运动的物体,在向心力F的作用下,必然要产生一个加速度,这个加速度的方向与向心力的方向相同,总指向圆心,叫做向心加速度。
对于某一确定的匀速圆周运动来说,m以及r、v的大小、ω都是不变的,所以向心力和向心加速度的大小不变,但向心力和向心加速度的方向却时刻在改变。
匀速圆周运动是瞬时加速度矢量的方向不断改变的运动,属于变加速运动的范畴。
向心力只改变方向却不改变速度的大小
圆周运动属于曲线运动,在做圆周运动中的物体也同时会受到与其速度方向不同的合外力作用。
对于在做圆周运动的物体,向心力是一种拉力,其方向随着物体在圆周轨道上的运动而不停改变。
因此,圆周运动是一种加速度始终在改变的运动。就是因为这样的一种力,始终是沿着圆周半径指向圆周的中心,所以得名“向心力”。
向心力指向圆周中心,且被向心力所控制的物体是沿着切线的方向运动,所以向心力必与受控物体的运动方向垂直,仅产生速度法线方向(切线的垂线方向称之为发现方向)上的加速度。
因此,向心力只改变所控物体的运动方向,而不改变运动的速率,即使在非匀速圆周运动中也是如此。
非匀速圆周运动中的受力分析
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