质点做半径为20cm的圆周运动,其切向加速度恒为5cm/s2,若该质点由静止开始运动, 需要多少时间:(1)它的法向加速度等于切向加速度;(2)法向加速度等于切向加速度的二倍.

根据题意,可以列出以下公式:

(1) 当法向加速度等于切向加速度时,有:

a = √(at² + an²) = √(5² + 5²) ≈ 7.07cm/s²

其中,at为切向加速度,an为法向加速度。

根据圆周运动的公式,有:

a = rω²

其中,r为半径,ω为角速度。

因为质点由静止开始运动,所以初始角速度为0,即ω0 = 0。

因此,有:

ω = √(a/r) = √(7.07/0.2) ≈ 5.00rad/s

质点运动一周的时间为:

T = 2π/ω ≈ 1.26s

因此,质点需要1.26秒的时间才能完成一周的圆周运动。

(2) 当法向加速度等于切向加速度的二倍时,有:

an = 2at = 2×5 = 10cm/s²

同样根据圆周运动的公式,有:

a = √(at² + an²) = √(5² + 10²) ≈ 11.18cm/s²

因此,有:

ω = √(a/r) = √(11.18/0.2) ≈ 7.91rad/s

质点运动一周的时间为:

T = 2π/ω ≈ 0.79s

因此,质点需要0.79秒的时间才能完成一周的圆周运动。

一质点沿半径为1m的圆周运动,运动方程为0=2+3t’,式中0以弧度计,t以秒计, 求:(1)t=2s时,质点的切向和法向加速度;(2)当加速度的方向和半径成45°角时,其角位移是多少?

(1) 首先求出质点的角速度,由于运动方程为 $\theta = 2\sqrt{3}t’$,对其求导可得角速度 $\omega = \frac{d\theta}{dt’} = 2\sqrt{3}$ rad/s。因为质点做匀速圆周运动,所以切向加速度为 $a_t = r\alpha = r\frac{d\omega}{dt} = 0$,法向加速度为 $a_n = r\omega^2 = 3$ m/s^2。

(2) 当加速度的方向和半径成45°角时,切向加速度和法向加速度大小相等,即 $a_t = a_n = \frac{v^2}{r}$,其中 $v$ 为质点的速度。由于质点做匀速圆周运动,所以 $v = r\omega = 2\sqrt{3}$ m/s。代入公式可得 $a_t = a_n = 12$ m/s^2。此时质点的加速度大小为 $a = \sqrt{2}a_t = \sqrt{2}a_n = 12\sqrt{2}$ m/s^2。质点在 $t=2$ s 时的角位移为 $\theta = \omega t = 4\sqrt{3}$ rad。

一质点沿半径为1m的圆周运动,运动方程为0=2+3t’,式中0以弧度计,t 以秒计,求:(1)t=2s时,质点的切向和法向加速度;(2)当加速度的方向和半径成45° 角时,其角位移是多少?

(1) 首先求出质点的角速度,由于运动方程为 $\theta = 2\sqrt{3}t’$,对其求导可得角速度 $\omega = \frac{d\theta}{dt’} = 2\sqrt{3}$ rad/s。因为质点做匀速圆周运动,所以切向加速度为 $a_t = r\alpha = r\frac{d\omega}{dt} = 0$,法向加速度为 $a_n = r\omega^2 = 3$ m/s^2。

(2) 当加速度的方向和半径成45°角时,切向加速度和法向加速度大小相等,即 $a_t = a_n = \frac{v^2}{r}$,其中 $v$ 为质点的速度。由于质点做匀速圆周运动,所以 $v = r\omega = 2\sqrt{3}$ m/s。代入公式可得 $a_t = a_n = 12$ m/s^2。此时质点的加速度大小为 $a = \sqrt{2}a_t = \sqrt{2}a_n = 12\sqrt{2}$ m/s^2。质点在 $t=2$ s 时的角位移为 $\theta = \omega t = 4\sqrt{3}$ rad。

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