需要确定某一点在给定时间点的法向加速度,假设该点的加速度为 1.5 m/s²,并且加速度和速度矢量之间的角度为 65°。将您的答案四舍五入到小数点后两位。
回答:
已知一点的速度和加速度的矢量积等于加速度在曲率半径方向上的投影:
$$\vec{v} \times \vec{a} = \frac{d\vec{v}}{dt} = \frac{d}{dt}(v\vec{e}_t) = \frac{ dv}{dt}\vec{e}_t + v\frac{d\vec{e}_t}{dt} = \frac{dv}{dt}\vec{e}_t + v^2\vec{e }_n,$$
其中 $\vec{e}_t$ 和 $\vec{e}_n$ 分别是与曲线相切和法向的单位向量。
点的法向加速度定义为曲率半径矢量的模乘以速度的平方:
$$a_n = |\vec{a}_n| = \frac{|\vec{v} \times \vec{a}|}{v^2}.$$
根据问题的条件,已知该点的加速度以及加速度和速度矢量之间的角度:
$$a = 1.5\米/秒^2,$$
$$\theta = 65^{\circ}.$$
因此,点的加速度可以分解为切线加速度和法线加速度:
$$\vec{a} = \vec{a}_t + \vec{a}_n,$$
其中 $\vec{a}_t$ 和 $\vec{a}_n$ 分别是切向加速度和法向加速度。
向量 $\vec{a}$ 和 $\vec{v}$ 之间的角度等于 $90^{\circ} - \theta$,因此,加速度在曲率半径方向上的投影:
$$|\vec{a}_n| = |\vec{a}|\sin(90^{\circ} - \theta) = a\sin\theta = 1.5\ м/с^2 \cdot \sin 65^{\circ} \大约,36\ м/с^2.$$
因此,给定时间点的法向加速度约为 1.36 m/s²。
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首先,我们使用以下公式计算加速度在曲率半径方向上的投影:
$$|\vec{a}_n| = |\vec{a}|\sin(90^{\circ} - \theta) = a\sin\theta = 1.5\ м/с^2 \cdot \sin 65^{\circ} \大约,36\ м/с^2.$$
然后我们使用以下公式计算给定时间点的法向加速度:
$$a_n = |\vec{a}_n| / v^2,$$
其中 $v$ 是点的速度。该点的速度未知,因此我们无法计算出确切的答案。只有已知给定时间点的速度值才能得到答案。
因此,问题的答案取决于该点的速度值,而该速度值是未知的。但如果该点的速度已知,则可以使用所示公式计算该点的法向加速度。
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问题 7.8.4 来自 Kepe O.? 的收集。公式如下:
需要确定某时刻该点的法向加速度,此时该点的加速度为$a = 1.5$ m/s$^2$,且加速度和速度向量之间的夹角为$65^\circ $。问题的答案是 $1.36$。
为了解决这个问题,可以使用公式计算一点的法向加速度:
$$a_n = \frac{v^2}{\rho},$$
其中$a_n$是法向加速度,$v$是该点的速度,$\rho$是该点轨迹的曲率半径。
要计算点轨迹的曲率半径,必须使用以下公式:
$$\rho = \frac{v^2}{a},$$
其中$a$是该点的向心加速度。
从问题的条件我们知道点的加速度$a = 1.5$ m/s$^2$,因此向心加速度等于:
$$a_c = a \cos \theta = 1,5 \cos 65^\circ \约 0,604$$
其中$\theta$是加速度和速度矢量之间的角度。
要计算一点的速度,可以使用以下公式:
$$v = \frac{v_0}{\cos \theta},$$
其中 $v_0$ 是该点的初始速度。
该点的初始速度未知,但您可以注意到加速度和速度矢量之间的角度等于 $65^\circ$,这意味着该点的速度矢量和半径矢量之间的角度等于$90^\circ - 65^\circ = 25^\circ $。因此,您可以使用以下公式将速度投影到半径矢量上:
$$v_0 = v \cos (90^\circ - \theta) = v \sin \theta。$$
因此,该点的初速度为:
$$v_0 = v \sin \theta = \frac{a}{\cos \theta} \sin \theta = a \tan \theta。$$
将$a_c$和$v_0$的表达式代入轨迹曲率半径公式,我们得到:
$$\rho = \frac{v^2}{a} = \frac{(a \tan \theta)^2}{a} = a \tan^2 \theta。$$
仍然需要将 $a$ 和 $\rho$ 的表达式代入法向加速度的公式中:
$$a_n = \frac{v^2}{\rho} = \frac{(a/\cos \theta)^2}{a \tan^2 \theta} = \frac{a}{\sin^2 \theta \cos^2 \theta} = \frac{a}{\sin^2 65^\circ \cos^2 65^\circ} \约 1,36。$$
因此,问题的答案是 $1.36$。
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