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拉着细线甩动物体做水平匀速圆周运动时,为什么物体不会下落?

拉着细线甩动物体做水平匀速圆周运动时,为什么物体不会下落?

由网友 力学Nerd王小胖 提供的答案:

谢邀。水平圆轴运动之所以不会下落,是因为绳子的拉力方向不在物体的运动轨迹面内。

1、圆周运动受力分析

如图所示,假设小黄球没有重力,匀速圆轴运动的条件下,小黄球收到绳子拉力F的作用,同时存在一个法向加速度an,根据达朗贝尔原理,会产生一个虚拟的惯性力Fi。形式上,两者水平方向“平衡”。此时,运动的水平面是真正的水平面。

2、重力的影响

考虑重力后,水平方向依然可以“平衡”。但是,由于重力的存在,必然存在一个力需要与重力平衡。如下图所示,由于重力的存在,绳子的拉力不再是水平方向了,而是与水平方向存在一个夹角,以提供一个竖直的分量来跟重力G平衡。此时,法向加速度依旧指向圆心,因此惯性力仍然是水平方向。此时,小球的轨迹面依然是水平面,但是与绳子不在一个面内。

当旋转的速度越快,法向加速度越大,惯性力也就越大,绳子与水平方向的夹角就会越小。极限情况下,绳子与水平方向夹角为零。但,实际上并不能达到,而是无限接近。

3、总结

水平面内匀速圆周运动能够维持住这个水平面,关键在于绳子与水平面的夹角。运动的时候,绳子的拉力由于这个夹角的存在,提供了一个平衡重力的分量,从而保证竖直方向的平衡。

由网友 SchrodingersCats 提供的答案:

想象一下这个运动,圆周运动会产生一个虚拟的离心力,这个离心力和绳子的拉力的合力平衡掉了重力

由网友 温情忆鸿564 提供的答案:

物体不会太重,太重是水平不了的。

物体受两个力,较小的重力,水平稍向上的拉力,这两个力的合力是水平的,用于圆周运动的向心力。

由网友 美帝人1 提供的答案:

因为向力和离心力相同。

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