4 exempel på frågor om centripetalkraft
1. Ett föremål med en massa på 200 gram binds till ett tunt rep och roteras sedan horisontellt med en konstant vinkelhastighet på 5 rad s⁻¹ , som visas i följande figur. Om repets längd är l = 60 cm, då är storleken på centripetalkraften som verkar på föremålet…
A. 0,3 N
B. 0,6 N
C. 3 N
D. 6 N
Ö. 30 N
Diskussion
Det är känt att:
Objektets massa (m) = 200 gram = 200/1000 kg = 2/10 kg = 0,2 kg
Vinkelhastighet (ω) = 5 radianer/sekund
Replängd = radie (r) av cirkulär bana = 60 cm = 60/100 meter = 0,6 meter
Fråga: Storleken på centripetalkraften som verkar på ett föremål är….
Jawab:
Centripetalkraften är den resulterande kraften som får ett objekt att uppleva centripetal acceleration. Formeln för centripetalkraften är:
∑ F = ma s
∑ F = mv² / r = m ω² r
Beskrivning: ∑ F = centripetalkraft, m = objektets massa, v = tangentiell hastighet, ω = vinkelhastighet, r = radie av den cirkulära banan.
∑ F = m ω² r = (0,2)(5) ² (0,6) = (0,2)(25)(0,6) = 3 Newton
Det rätta svaret är C.
2. En elev snurrar en sten som är bunden till änden av ett snöre. Stenen roteras horisontellt som visas ovan. Om stenens rotationshastighet fördubblas blir centripetalkraften...
A. 6 gånger original
B. 5 gånger original
C. 4 gånger original
D. 2 gånger igen
E. 2 gånger original
Diskussion
Det är känt att:
Stenens massa = m
Stenens hastighet = v
Repets längd = radie = r
Fråga: Om hastigheten fördubblas blir centripetalkraften...
Jawab:
Om hastigheten fördubblas blir centripetalkraften:
Centripetalkraften blir fyra gånger den ursprungliga.
Det rätta svaret är C.
3. En kurva på en plan väg är konstruerad för att kunna köras av en bil med en maximal hastighet av 10 ms –1 . Friktionskoefficienten mellan däcken och vägen är 0,5 och vägens krökningsradie är Rm. Då är värdet på R…. (g = 10 ms –2 )
A. 7,5 meter
B. 8,0 meter
Ca 10 meter
D. 15 meter
Ö. 20 meter
Diskussion
Det är känt att:
Hastighet (v) = 10 m/s
Friktionskoefficienten mellan däcket och vägen (μs ) = 0,5
Tyngdacceleration (g) = 10 m/ s²
Fråga: Vägens krökningsradie (R meter)
Jawab:
Den enda resulterande horisontella kraften som verkar på en bil när den svänger är statisk friktion . Formeln för statisk friktion är:
4. Bilen kör i en kurva på vägen vid position M som visas på bilden nedan.
Den statiska friktionskoefficienten mellan hjulen och vägen är 0,4 (gravitationsacceleration 10 m/s⁻² ) . För att förhindra att bilen lämnar banan är den högsta tillåtna hastigheten…
A. √10 ms-1
B. 2 √ 10 ms -1
C. 4 √ 10 ms -1
D. 5 √ 10 ms -1
E. 6 √ 10 ms -1
Diskussion
Det är känt att:
Statisk friktionskoefficient (μs ) = 0,4
Tyngdacceleration (g) = 10 m/ s²
Krökningsradie (R) = 40 meter
Frågat: maximal hastighet (v)
Jawab:
Newtons andra rörelselag vid likformig cirkulär rörelse
Sammanfattning:
ΣF = centripetalkraft = resulterande kraft = total kraft, m = objektets massa, a s = centripetalacceleration, v = linjär hastighet, R = krökningsradie
Centripetalkraft
Centripetalkraften är den resulterande kraften riktad mot mitten av en cirkulär bana. När en bil rör sig i en cirkel är den enda kraften som riktas mot mitten statisk friktion, så statisk friktion är en centripetalkraft.
Statisk friktionskraftsformel:
Sammanfattning:
μ s = statisk friktionskoefficient, w = objektets vikt, m = objektets massa, g = tyngdaccelerationen.
Beräkna maxhastigheten (v):
Det rätta svaret är C.
Frågekälla:
Nationella fysikfrågor för gymnasiet/yrkesgymnasiet
