【公式】圆周运动

1、基本物理量

(1)线速度公式:$v = \dfrac{\Delta s}{\Delta t} = \dfrac{2\pi r}{T} = \omega r$

(2)角速度公式:$\omega = \dfrac{\Delta\theta}{\Delta t} = \dfrac{2\pi}{T} = \dfrac{v}{r}$

(3)周期公式:$T = \dfrac{2\pi r}{v} = \dfrac{2\pi}{\omega}$

(4)向心加速度公式:$a = \dfrac{v^2}{r} = \omega^2 r = \dfrac{4\pi^2}{T^2}r$

(5)向心力公式:$F = ma = \dfrac{mv^2}{r} = m\omega^2 r = m\dfrac{4\pi^2}{T^2}r$


2、竖直平面内圆周运动

(1)绳约束,恰好通过最高点

① 最高点,重力提供向心力:$mg = \dfrac{mv_0^2}{r}$

得到临界速度:$v_0 = \sqrt{gr}$

② 最低点时,拉力和重力合力提供向心力:$F_{\text{拉}} – mg = \dfrac{mv_{\text{下}}^2}{r}$

求得绳拉力:$F_{\text{拉}} = \dfrac{mv_{\text{下}}^2}{r} + mg$

③ 全过程机械能守恒:$\dfrac{1}{2}mv_{\text{下}}^2 = \dfrac{1}{2}mv_0^2 + mg \cdot 2r$

(2)杆约束

① 最高点时分类讨论

a. 杆恰好不受力,则重力提供向心力:$mg = \dfrac{mv_0^2}{r}$

得到临界速度:$v_0 = \sqrt{gr}$

b. 当速度 $v_0 < \sqrt{gr}$

杆提供向上的支持力,则重力和支持力合力提供向心力:$mg – F_N = \dfrac{mv^2}{r}$

c. 当速度 $v_0 > \sqrt{gr}$

杆提供向下的拉力,则重力和拉力的合力提供向心力:$mg + F_N = \dfrac{mv^2}{r}$

② 最低点时,拉力和重力合力提供向心力:$F_{\text{拉}} – mg = \dfrac{mv_{\text{下}}^2}{r}$

求得绳拉力:$F_{\text{拉}} = \dfrac{mv_{\text{下}}^2}{r} + mg$

③ 全过程机械能守恒:$\dfrac{1}{2}mv_{\text{下}}^2 = \dfrac{1}{2}mv_0^2 + mg \cdot 2r$