竖直圆周运动 · 最高点受力

临界不是“把重力忘掉”

把最高点的向心方向统一取为向下:重力一直向下,约束力能不能反向,决定了最低速度是否存在。

ΣF向心 = mv²/R本互动取 m = 1.0 kg,g = 9.8 m/s²

最高点:受力箭头沿半径比较

圆心在下方,向下即“指向圆心”

竖直圆周最高点的受力图 圆轨道最高点的小球,展示重力、所需向心力和约束力的方向。 圆心 最高点 速度(切向) 重力 mg 所需向心力 F向 = 9.8 N 绳的拉力 T 向下 0.0 N 红:实际重力 蓝:合力需求 橙:约束力
临界

绳的拉力恰为 0 N;这是绳/单层轨道在最高点保持圆周运动的临界状态。

最高点只做一件事:沿“向下”列牛顿第二定律

mg + F约 = mv²/R

绳 / 单层轨道:F约 不能小于 0

它只能向下拉小球。于是必须有 v²/R ≥ g;等号时 T = 0,是“刚好不断开”的临界条件。

细管 / 轻杆:F约 可正可负

速度偏小时,约束力改为向上推;因此没有“最低速度”这个脱离临界。v = √gR 只是约束力换向的零点。

读图提示:蓝箭头是“合力需要多少”,不是额外多施加的一种力。它由红色重力和橙色约束力相加得到。