Question

9．一輛質(zhì)量m=10t的卡車(chē)駛過(guò)半徑R=80m的一段圓弧形橋面，重力加速度g取10m/s²．
（1）若橋面為凹形，求卡車(chē)以20m/s的速度通過(guò)橋面最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面的壓力．
（2）若橋面為凸形，求卡車(chē)以20m/s的速度通過(guò)橋面最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面的壓力．
（3）卡車(chē)以多大的速度通過(guò)凸形橋面最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面剛好沒(méi)有壓力？（最后結(jié)果可含根號(hào)）

Answer 1

分析 汽車(chē)受重力和向上的支持力，合力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律列式即可求解出支持力，壓力與支持力是作用力與反作用力，大小相等；當(dāng)對(duì)橋面剛好沒(méi)有壓力時(shí)，只受重力，重力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律列式即可求解．

解答 解：（1）過(guò)凹形橋時(shí)有：N-mg=m$\frac{v^2}{{{R^{\;}}}}$
得N=mg+m$\frac{v^2}{R}$=（10×10³×10+10×10³×$\frac{2{0}^{2}}{80}$）N=1.5×10⁵N．
根椐牛頓第三定律，車(chē)對(duì)橋的壓力大小N'=1.5×10⁵N．
（2）過(guò)凸形橋時(shí)有：G-N₁=m$\frac{v^2}{R}$得：N₁=G-$\frac{{m{v^2}}}{R}$=（10×10³×10-10×10³×$\frac{2{0}^{2}}{80}$）N=5×10⁴N．
由牛頓第三定律，車(chē)對(duì)橋頂?shù)膲毫Υ笮��?×10⁴N．
（3）當(dāng)對(duì)橋面剛好沒(méi)有壓力時(shí)，只受重力，重力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律得：
mg=m$\frac{{v}^{2}}{R}$
解得：v=$\sqrt{gR}$=$\sqrt{10×80}=20\sqrt{2}$m/s
答：（1）若橋面是凹形橋，汽車(chē)以20m/s的速度通過(guò)橋的最低點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面壓力為1.5×10⁵N；
（2）若橋面是凸形橋，汽車(chē)以10m/s的速度通過(guò)橋的最高點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面壓力為5×10⁴N．
（3）橋車(chē)以20$\sqrt{2}$m/s的速度通過(guò)凸形橋面頂點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面剛好沒(méi)有壓力．

點(diǎn)評(píng) 汽車(chē)過(guò)拱橋關(guān)鍵在于找到向心力來(lái)源，然后根據(jù)合力等于向心力列式求解，難度適中．