在2014年的春晚上,一位小女孩独自在晚会上自转一整晚,被人们亲切的称为小彩旗,节目已经播出,观众反响热烈。现假设小彩旗体重45kg,每秒转2圈,问小彩旗所受向心力,向心加速度,线速度是多少。小彩旗转着转着想加快速度,请问小彩旗最快速度是多少才不会转倒?(鞋和地面摩擦系数为0.5)
什么是pi
追答以下是答案与思路:(备注:pi=3.1415926……(不会打π))
参考答案:F=ma=0N,边缘线速度v=1.27m/s;小彩旗自转速度可以无限大。
解答思路(供参考):
第一问:
估计信息:身高1.5m,体重45kg,那么人体密度p=m/v=1.0*10^3kg/m^3,(把人看作是圆柱体)v=hs,(人体横截面面积可计算,并由此求出旋转半径)s=π*r^2,
计算得出r=√(0.03/π)=0.098m(为了便于计算,大家计算时建议用半径r=0.1m)。
此时旋转角速度为ω=2πn=12.57rad/s,
线速度v=rω=1.27m/s。向心力F=mrω^2=710.61N,
(计算向心力的时候,若把质量都集中到半径的边缘部分,可能已经出错。因为根据对称性,关于圆心对称的相应部分都对应产生等大、反向的向心力,故向心力、向心加速度均为0。边缘部分线速度的计算,以上计算应该没问题)
向心加速度a=rω^2=15.79m/s^2(错误算法),
向心力F=mrω^2=710.61N(错误算法)。
第二问:
考虑对称性:那么只要不会飞起来,转速可以无限大(想想陀螺的旋转,只要能转起来,转快一些肯定不会倒,反而转慢了会倒。若把小彩蝶等效为陀螺,情况应该是这样子的。)
再次提供一个错误思路:
根据向心力全部由摩擦力提供f=μmg=ma=mv^2/r,解出最大线速度v=0.71m/s^2<v=1.27m/s,说明现在速度已经过快,即每秒两圈转速时,小彩旗已经飞出去了……(进行这样的计算时,也是把质量集中到了边缘部分,此等效计算也已经产生错误,试想她若受到到一个摩擦力,那么水平方向上受力不平衡,她怎么能够稳定的在那里“原地”自转呢?(水平方向上,她自己只能受到摩擦力,如果没有外力来平衡,她不可能在原地自传,应该会发生平动之类的)还有其他错误,原因同第一问的分析。)
(6xmw望采纳wyj)
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