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同学们,你们看过杂技表演“飞车走壁”的节目吗?那些演员骑着摩托车飞驰在一个巨大的圆形的木桶壁上。那木桶桶壁与地面几乎垂直,高速摩托车却能在上边飞驰,这是为什么呢?
为了揭开飞车走壁的秘密,我们不妨从常见的圆周运动谈起。我们的生活中有许多做圆周运动的物体:如钟表上的指针、在圆周跑道上奔跑的运动员……在这些常见的运动里,隐藏着什么规律呢?
首先,让我们研究一下物体在什么情况下才能做圆周运动。
实验1 用线绳拴上一个纽扣或者小螺母,用手捏住绳头让纽扣在空中做圆周运动,你会发现:纽扣能做圆周运动的原因之一,是因为有绳拉着它。如果你一撒手,纽扣就会飞走。很明显,没有作用在纽扣上的指向圆心的拉力,纽扣就不能做圆周运动。
做圆周运动的物体受到的这个指向圆心的力,是一种向心力。要是做圆周运动的物体失去了向心力又会怎样呢?
实验2 在桌子上放一个小钢球或玻璃球。用一个透明玻璃杯罩在小球上,晃动杯子,使小球在杯子里面沿着杯口做圆周运动。当小球已经转起来的时候,很快地把玻璃杯竖直向上提起。看,小球沿着杯口的切线方向跑了出去。
从这个实验我们知道,杯子的内壁迫使小球做圆周运动,给了小球一个向心力。当你把杯子提起来以后,小球不再受到向心力,它便靠惯性沿直线运动,所以就沿着圆周的切线跑出去了。
我们再来用实验研究一下向心力的大小。
实验3 找一段毛笔杆或竹笔帽,从中穿过一条尼龙线。尼龙线的一端拴一个软木塞,另一端拴上一把小铁锁。握住笔杆抡动木塞,使它做圆周运动。你会发现尼龙绳慢慢被拉直了。不断地加大转速,当转速达到一定程度的时候,小铁锁就被拉上来了。如果加大软木塞的质量,小铁锁会更容易被拉上来。
为什么会出现“以轻举重”的有趣现象呢?这是由于转动的软木塞需要向心力,铁锁对绳子的拉力提供了向心力。软木塞转得越快,所需要的向心力越大,当达到一定程度时,便把小铁锁吊起来了。这就说明,物体转得越快,需要的向心力越大。
我们不妨再研究一下骑自行车做圆周运动的现象。骑车拐弯时,人和车总是要向弯道的内侧倾斜。要是骑自行车“飞车走壁”,那倾斜的现象就更明显了。骑车要拐弯,这就要改变运动的方向,就需要向心力。这向心力从哪儿来呢?原来,骑车时人和车会受到两个力:一个是重力,另一个是地面对车的支持力。在直线前进时,这两个力直上直下恰好抵消。当拐弯时,人体和车子向内倾斜了,这时重力和地面的支持力就不再在一条直线上了,就产生了一个合力。这个合力是指向弯道内侧的。如果车子没有运动,这个合力就会使车子翻倒。车子向前运动,这个合力就起到向心力的作用,使车子转弯而不翻倒。路越弯,车速越快,运动方向的改变就越快,需要的向心力就越大,车子向内倾斜得就越厉害,以便增大这个合力。倾斜的程度多大才合适,是由骑车人自己调整的,这就是一种技巧了(如图)。
飞车走壁的道理也是这样,摩托车必须达到相当高的速度,才能倾斜得像立在壁上一样,若是速度突然变小,就会出危险。怎么样,现在大家知道飞车走壁的秘密了吧。
为了揭开飞车走壁的秘密,我们不妨从常见的圆周运动谈起。我们的生活中有许多做圆周运动的物体:如钟表上的指针、在圆周跑道上奔跑的运动员……在这些常见的运动里,隐藏着什么规律呢?
首先,让我们研究一下物体在什么情况下才能做圆周运动。
实验1 用线绳拴上一个纽扣或者小螺母,用手捏住绳头让纽扣在空中做圆周运动,你会发现:纽扣能做圆周运动的原因之一,是因为有绳拉着它。如果你一撒手,纽扣就会飞走。很明显,没有作用在纽扣上的指向圆心的拉力,纽扣就不能做圆周运动。
做圆周运动的物体受到的这个指向圆心的力,是一种向心力。要是做圆周运动的物体失去了向心力又会怎样呢?
实验2 在桌子上放一个小钢球或玻璃球。用一个透明玻璃杯罩在小球上,晃动杯子,使小球在杯子里面沿着杯口做圆周运动。当小球已经转起来的时候,很快地把玻璃杯竖直向上提起。看,小球沿着杯口的切线方向跑了出去。
从这个实验我们知道,杯子的内壁迫使小球做圆周运动,给了小球一个向心力。当你把杯子提起来以后,小球不再受到向心力,它便靠惯性沿直线运动,所以就沿着圆周的切线跑出去了。
我们再来用实验研究一下向心力的大小。
实验3 找一段毛笔杆或竹笔帽,从中穿过一条尼龙线。尼龙线的一端拴一个软木塞,另一端拴上一把小铁锁。握住笔杆抡动木塞,使它做圆周运动。你会发现尼龙绳慢慢被拉直了。不断地加大转速,当转速达到一定程度的时候,小铁锁就被拉上来了。如果加大软木塞的质量,小铁锁会更容易被拉上来。
为什么会出现“以轻举重”的有趣现象呢?这是由于转动的软木塞需要向心力,铁锁对绳子的拉力提供了向心力。软木塞转得越快,所需要的向心力越大,当达到一定程度时,便把小铁锁吊起来了。这就说明,物体转得越快,需要的向心力越大。
我们不妨再研究一下骑自行车做圆周运动的现象。骑车拐弯时,人和车总是要向弯道的内侧倾斜。要是骑自行车“飞车走壁”,那倾斜的现象就更明显了。骑车要拐弯,这就要改变运动的方向,就需要向心力。这向心力从哪儿来呢?原来,骑车时人和车会受到两个力:一个是重力,另一个是地面对车的支持力。在直线前进时,这两个力直上直下恰好抵消。当拐弯时,人体和车子向内倾斜了,这时重力和地面的支持力就不再在一条直线上了,就产生了一个合力。这个合力是指向弯道内侧的。如果车子没有运动,这个合力就会使车子翻倒。车子向前运动,这个合力就起到向心力的作用,使车子转弯而不翻倒。路越弯,车速越快,运动方向的改变就越快,需要的向心力就越大,车子向内倾斜得就越厉害,以便增大这个合力。倾斜的程度多大才合适,是由骑车人自己调整的,这就是一种技巧了(如图)。
飞车走壁的道理也是这样,摩托车必须达到相当高的速度,才能倾斜得像立在壁上一样,若是速度突然变小,就会出危险。怎么样,现在大家知道飞车走壁的秘密了吧。