非匀速圆周运动——问题与解答

1. 半径为 1 米的轮子以 2 rad/s² 的加速度匀加速运动。求2 秒后该轮子的角加速度和角速度。

已知:

半径 (r) = 1 米

角加速度 (α ) = 2 rad/ s²

求: 2 秒后的角加速度和角速度。

解决方案:

(a)2秒内的角加速度

角加速度是恒定的,因此 2 秒后,车轮的角加速度为 2 rad/s 2。

(b)2秒内的角速度

角加速度为 2 rad/s²表示角速度每秒钟增加 2 弧度/秒。1 秒后,角速度 = 2 弧度/秒。2 秒后,角速度 = 4 弧度/秒。

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2. 一个粒子从静止开始匀加速运动,10 秒内加速到 60 rpm。求角加速度的大小!

已知:

初始角速度(ωo )= 0

最终角速度 ( ωt ) = 60 rpm = 60 转 / 60 秒 = 1 转/秒 = 6,28 弧度/秒

时间间隔 (t) = 10 秒

求:角加速度(α )

解决方案:

非匀速圆周运动——问题与解答 1

ω o = 初始角速度,ω t = 最终角速度,α = 角加速度,t = 时间间隔,θ = 角度。

ωt = ωo + αt​

6.28 = 0 + α (10)

6.28 = 10 α

α = 6.28 / 10

α = 0.628 rad/ s²

角加速度的大小 = 0.628 rad/ s²

3. 一个物体在 4 秒内角速度从 20 rad/s 减慢到 10 rad/s。求角加速度的大小!

已知:

时间间隔 (t) = 4 秒

初始角速度(ωo )= 20 rad/s

最终角速度(ωt )= 10 rad/s

求:角加速度(α )的大小

解决方案:

ωt = ωo + αt​

10 = 20 + α (4)

10 – 20 = 4 α

-10 = 4 α

α = -10 / 4

α = – 2.5 rad/ s²

角加速度的大小为-2.5 rad/s² 。负号表示物体正在减速。加速度=角速度增加,减速度=角速度减小。

[irp]

4. 一个物体在 2 秒内从 10 rad/s² 加速到 2 rad/s² 。求该物体旋转的角度!

已知:

初始角速度(ωo )= 10 rad/s

角加速度(α )= 2 rad/ s²

时间间隔 (t) = 2 秒

求:角度 (θ)

解决方案:

θ = ω o + ½ α t 2

θ = (10)(2) + ½ (2)(2 2 )

θ = 20 + (1)(4) = 20 + 4

θ = 24 弧度

5. 一辆汽车的车轮在转动约 20 弧度后,从 20 rad/s 的角速度减速至静止。求车轮角加速度的大小!

已知:

初始角速度(ωo )= 20 rad/s

最终角速度(ωt )= 0

角度 ( θ ) = 20 弧度

求:角加速度(α )的大小

解决方案:

ωt2 = ωo2 + 2αθ​​​

0 = 20 2 + 2 α (20)

0 = 400 + 40 α

400 = – 40 α

α = – 400 / 40

α = – 10 rad/ s²

6. 一根长 60 cm 的杆 PQ 绕点 Q 旋转,PQ 为圆的半径。杆 PQ 从静止开始加速到 0.3 rad/s² 。如果初始角位置为 0°,求 t = 10 秒时点 P 的线速度。

已知:

杆 PQ 的长度 = 圆的半径 (r) = 60 厘米 = 60/100 米 = 0.60 米

初始角速度(ωo ) = 0 rad/s

角加速度 (α) = 0.3 rad s -2

初始角位置 (θo ) = 0

求: t = 10 秒时 P 点的线速度 (v)

解决方案:

10秒后的最终角速度:

ω t = ω o + α t = 0 rad/s + (0.3 rad/s -2 )(10 s) = 3 rad/s

10秒后的最终线速度:

v = r ω = (0.6 m)(3 rad/s) = 1.8 m/s

[irp]

7. 一个物体以 4 rad/s 的初速度旋转,角加速度为 0.5 rad/s²。4秒后,该物体的速度是多少?

已知:

初始角速度(ωo ) = 4 rad/s

角加速度 (α) = 0.5 rad/ s²

时间间隔 (t) = 4 秒

求:物体在 4 秒后的速度 ( ωt )

解决方案:

ωt = ωo + αt

ω t = 4 + (0.5)(4)

ωt = 4 + 2

ωt = 6 rad/ s

8.一个直径为10厘米的挂钟有三根指针,分别指示小时、分钟和秒。比较时针、分针和秒针的转数。

A. 1 : 3 : 180

B. 1 : 12 : 720

C. 4 : 12 : 180

D. 4 : 12 : 720

已知:

1 小时 = 60 分钟

12 小时 = (12)(60 分钟) = 720 分钟

时针的角速度 = 1 转 / 12 小时 = 1 转 / 720 分钟

分针的角速度 = 1 转/1 小时 = 1 转/60 分钟

第二根指针的角速度 = 1 转/分钟

求:比较时针、分针和秒针的圈数

解决方案:

圆周运动方程:

角速度 = 转数 / 时间间隔

转数 = 角速度 × 时间间隔

在同一时间间隔内,例如 1 分钟,时针、分针和秒针分别转了多少圈?

时针转数 = 角速度 × 时间间隔 = (1 转 / 720 分钟)(1 分钟) = 1/720 转

分针转数 = 角速度 × 时间间隔 = (1 转 / 60 分钟)(1 分钟) = 1/60 转

第二根指针的转数 = 角速度 × 时间间隔 = (1 转 / 1 分钟)(1 分钟) = 1/1 转

旋转次数的比较:

时针转数:分针转数:秒针转数。

1/720 : 1/60 : 1/1

1/720 : 12/720 : 720/720

1:12:720

正确答案是B。

9.一个用绳子系着的球。球被旋转,使其在一个平行于地球表面的圆形平面内运动。在这个运动中,球会加速,因为……

A.空气摩擦

B.球的重量

C. 张力

D.重力

解决方案:

牛顿第二运动定律指出,物体在受到合力作用时会产生加速度。小球连接着绳子,当绳子旋转时,小球也随之旋转。当小球旋转(即小球做圆周运动)时,小球会受到向心加速度的作用。所有运动的物体都受到圆周向心加速度的作用。向心加速度是由向心力引起的。在这种情况下,向心力就是绳子的张力。

正确答案是C。

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