题目
飞轮作加速转动时,轮边缘上的一点的运动方程为s = 0.1 t 3,飞轮半径为2m,当此点的速率v = 30 m/s时,其切向加速度为 ________ ,法向加速度为 ________ 。
飞轮作加速转动时,轮边缘上的一点的运动方程为s = 0.1 t 3,飞轮半径为2m,当此点的速率v = 30 m/s时,其切向加速度为 ________ ,法向加速度为 ________ 。
题目解答
答案
6m/s²#450m/s²
解析
考查要点:本题主要考查变加速运动中切向加速度和法向加速度的计算,涉及运动学基本公式及导数的应用。
解题核心思路:
- 确定运动方程:已知位移随时间变化的函数$s=0.1t^3$,通过求导得到速度和加速度。
- 求对应时间:利用给定的速率$v=30\ \text{m/s}$,反推出时间$t$。
- 计算切向加速度:对速度函数再次求导,代入时间$t$。
- 计算法向加速度:利用公式$a_n = \frac{v^2}{r}$,结合已知半径$r=2\ \text{m}$。
破题关键点:
- 正确求导:注意速度和加速度的导数关系。
- 区分切向与法向加速度:切向加速度与速度变化率相关,法向加速度与速度大小和半径相关。
1. 求速度函数及对应时间
位移函数为$s=0.1t^3$,速度$v=\frac{\text{d}s}{\text{d}t}=0.3t^2$。
当$v=30\ \text{m/s}$时,解得:
$0.3t^2 = 30 \implies t^2 = 100 \implies t = 10\ \text{s}.$
2. 计算切向加速度
切向加速度$a_t = \frac{\text{d}v}{\text{d}t} = 0.6t$。
代入$t=10\ \text{s}$:
$a_t = 0.6 \times 10 = 6\ \text{m/s}^2.$
3. 计算法向加速度
法向加速度$a_n = \frac{v^2}{r}$,其中$v=30\ \text{m/s}$,$r=2\ \text{m}$:
$a_n = \frac{30^2}{2} = \frac{900}{2} = 450\ \text{m/s}^2.$