解题思路:(1)在最高点重力和支持力的合力提供向心力,根据向心力公式和牛顿第二定律可列式求解;
(2)汽车对桥恰好无压力,重力完全提供向心力,根据向心力公式和牛顿第二定律可列式求解.
(3)根据第1题拱桥对汽车的支持力表达式进行分析.
(4)汽车要在地面上腾空,所受的支持力为零,运用根据向心力公式和牛顿第二定律可列式求解.
(1)汽车到达桥顶时,竖直方向受到重力G和桥对它的支持力N的作用.
汽车对桥顶的压力大小等于桥顶对汽车的支持力N,汽车过桥时做圆周运动,重力和支持力的合力提供向心力;
根据牛顿第二定律得:mg-N=m
v2
r,
有:N=mg-m
v2
r=(800×10-800×
52
50)N=7600N.
根据牛顿第三定律得知,汽车对桥的压力大小N′=N=7600N,方向竖直向下.
(2)汽车经过桥顶恰好对桥没有压力而腾空,则N=0,汽车做圆周运动的向心力完全由其自身重力来提供,所以有:
mg=m
v20
r
得:v0=
gr=
10×50m/s=22.4m/s.
(3)由第1题得知:N′=mg-m
v2
r,v相同时,拱桥半径r越大,N′越大,越安全.
(4)汽车要在地面上腾空,所受的支持力为零,由重力提供向心力,则有:mg=m
v2m
R
得 vm=
gR=
10×6400×103m/s=8000m/s
答:
(1)汽车到达桥顶时速度为5m/s,汽车对桥的压力是7600N.
(2)汽车以22.4m/s的速度经过桥顶时便恰好对桥没有压力而腾空.
(3)对于同样的车速,拱桥圆弧的半径越大比较安全.
(4)如果拱桥的半径增大到与地球半径R一样,汽车要在地面上腾空,速度要8000m/s.
点评:
本题考点: 向心力.
考点点评: 本题关键找出车经过桥的最高点时的向心力来源,然后根据牛顿第二定律和向心力公式列式求解.