CalcElf › Vertikal cirkelbana R = 0.2 m: precis genom toppen
Vertikal cirkelbana R = 0.2 m: precis genom toppen
En liten boll rör sig på den släta insidan av en vertikal cirkelbana med radien R = 0.2 m (g = 10 m/s²). Bollen passerar precis genom toppen. Bestäm dess hastighet i toppen och i botten.
Svar
Högsta punktens hastighet 1.4142 meter per sekund, lägsta punktens hastighet ≈ 3.1623 meter per sekund
Steg för steg
- mg = mv_topp²/r → v_topp = √(gr) = √(10×0.2) = 1.4142Precis genom att passera toppunkten: tyngdkraften ger exakt hela centripetalkraften (spännkraften i snöret/normalkraften på spåret är 0)
- ½mv_botten² = ½mv_topp² + mg·2r → v_botten = √(5gr) = 3.1623Från lägsta till högsta punkten är höjdskillnaden 2r, den mekaniska energin bevaras
Varför det fungerar
När bollen precis passerar toppen är normalkraften från banan noll, så endast tyngdkraften ger centripetalkraften: mg = mv_topp²/R, vilket ger v_topp = √(gR). Mellan botten och toppen stiger bollen en diameter 2R, och energins bevarande omvandlar denna höjd till extra hastighet.
Vanliga misstag
- Man multiplicerar g med diametern 2R istället för radien när man beräknar hastigheten i toppen.
- Man tror att bollen behåller samma hastighet hela vägen runt banan.
Liknande uppgifter
vertical-throw vertical-loop-r2-5-just-pass vertical-loop-r0-4-just-pass