先備知識平面運動與拋物線力學能守恆的條件

圓周運動與離心力

探討物體至少要從多高處出發,才能沿鉛直圓環繞行一周而不脫離軌道,並由圓周運動的加速度與運動方程式推導所需高度。

半径⁠1.0 m⁠のループを、離れずに一周できる最小の出発高さは?

用公式解釋現象

  1. 1以公式表示圓周上的位置r=⁠r (cos ωt, sin ωt)……
  2. 2對位置微分求得速度v=⁠r ω (−sin ωt, cos ωt)……
  3. 3再次微分求得加速度a=⁠−r ω² (cos ωt, sin ωt)……
  4. 4求加速度的大小a=⁠r ω²=⁠v²r……
  5. 5代入運動方程式m v²r=⁠F……
  6. 6將變速圓周運動的加速度分解a中心=⁠v²r⁠,a切線=⁠dvdt……
  7. 7求物體在鉛直圓環最高點不脫離軌道的條件v²≧g r……
  8. 8由能量守恆求所需的出發高度h≧2.5 r……
  9. 延伸探討:其他圓周運動與離心力
  10. 9應用於轉彎的汽車v≦√(μ g r)……
  11. 10應用於圓錐擺ω²=⁠gL cosθ……
  12. 11從一起轉動的座標系觀察0=⁠F−⁠m r ω²……