题目
一质点沿半径为1 m的圆周运动,运动方程为theta=2+3t^3,t=2s时的切向加速度大小___m/s^2?
一质点沿半径为1 m的圆周运动,运动方程为$\theta=2+3t^3$,t=2s时的切向加速度大小___$m/s^2$?
题目解答
答案
根据运动方程 $\theta = 2 + 3t^3$,可得:
\[
\omega = \frac{d\theta}{dt} = 9t^2, \quad \alpha = \frac{d\omega}{dt} = 18t
\]
当 $t = 2$ 秒时,$\alpha = 18 \times 2 = 36 \, \text{rad/s}^2$。
切向加速度为:
\[
a_{\tau} = r \alpha = 1 \times 36 = 36 \, \text{m/s}^2
\]
因此,$t = 2$ 秒时的切向加速度大小为 $36 \, \text{m/s}^2$。
答案:$36 \, \text{m/s}^2$。
解析
本题考查圆周运动中切向加速度的计算,解题思路是先根据质点的运动方程求出角速度和角加速度,再利用切向加速度与角加速度的关系计算出切向加速度。
- 求角速度$\omega$:
已知质点的运动方程为$\theta = 2 + 3t^3$,根据角速度的定义$\omega=\frac{d\theta}{dt}$,对$\theta$求导:
$\omega = \frac{d\theta}{dt} = \frac{d(2 + 3t^3)}{dt}$
根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$,常数的导数为$0$,可得:
$\omega = 0 + 3\times3t^{3 - 1}= 9t^2$ - 求角加速度$\alpha$:
根据角加速度的定义$\alpha=\frac{d\omega}{dt}$,对$\omega$求导:
$\alpha = \frac{d\omega}{dt} = \frac{d(9t^2)}{dt}$
根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$,可得:
$\alpha = 9\times2t^{2 - 1}= 18t$ - 计算$t = 2s$时的角加速度$\alpha$:
将$t = 2s$代入$\alpha = 18t$,可得:
$\alpha = 18\times 2 = 36 \, \text{rad/s}^2$ - 计算切向加速度$a_{\tau}$:
根据切向加速度与角加速度的关系$a_{\tau} = r\alpha$(其中$r$为圆周半径),已知$r = 1m$,$\alpha = 36 \, \text{rad/s}^2$,可得:
$a_{\tau} = r\alpha = 1\times 36 = 36 \, \text{m/s}^2$