圆周运动知识的生活化研究

尹义轩

摘 要：“力是物体运动的原因”，这是在初中最初学习物理时就掌握了的概念，在力的作用下物体能够出现静止和运动两种状态，也是在力的作用下物体能够做出匀速运动、变速运动，还是在力的作用下，物体能够做出直线运动、曲线运动。对匀速的圆周运动进行了概述，并对生活之中的匀速圆周运动进行了探究。

关键词：高中物理；圆周运动；生活研究

一、圆周运动的概述

1.概念

某一质点在半径为r的圆周上进行运动，此时质点的运动轨迹即为圆周，质点所做的运动即是圆周运动。圆周运动是生活之中常见的一种曲线运动，它可以分为匀速圆周运动与变速圆周运动，其中最常见、最简单的是匀速圆周运动，这一部分也是高中物理的教学内容。匀速圆周运动指的是质点在圆周运动过程中，在任意相等的时间内通过的圆弧长度相等的一种运动过程。

2.特点

匀速圆周运动具有与变速圆周运动、其他曲线运动不同的运动特点，它的运动轨迹是标准的圆，它的角速度、线速度、向心加速度、周期大小不变，且向心加速度的方向总是指向圆心。

3.条件

匀速圆周运动的充分且必要条件包括两点，一是具有不为零的初速度，二是受到大小不变、方向与速度垂直且指向圆心的向心力的作用。

根据圆周运动的概念、特点、条件的研究，我们可以发现匀速圆周这一种运动形式受到了很多限制：首先要有初速度，其次运动要匀速，再次持续受到力的作用，最后力的方向必须指向圆心，且与速度方向垂直。在学习过程之中我不免思考，在诸多条件的约束下，生活之中真的有匀速的圆周运动吗？

二、生活之中的圆周运动研究

事实证明，现实生活中存在着诸多匀速圆周运动的案例：汽车的轮胎、火车的转弯、汽车过拱形桥和凹形桥、航天器的失重、游乐场的摩天轮等等，均是生活之中的现实案例。下面我结合所学内容对一些常见的生活案例進行研究，并针对研究的结果进行深入的分析，挖掘这一部分知识的现实意义。

1.荡秋千

在游乐场之中，我偶然发现当个体在荡秋千时，受到向下的重力，和来源于秋千座椅的支持力，也就是来源于秋千绳子的拉力。在荡秋千的过程之中，秋千的绳长是固定不变的，当个体荡秋千时的速度为匀速时，就相当于进行了匀速圆周运动。根据物理所学习的知识，当我们设荡秋千的个体体重为m，秋千的绳长为l，个体在最低点的运动速度为v，那么个体所收到的向心力即为F=mv2/r=mv2/l。在我的研究即将止步时，我发现有小朋友在荡秋千时由于没有抓稳绳子被“抛”了出来，我想这应该就是所谓的离心运动，鉴于此我展开了进一步研究。以我个人为例，我的重量是40kg，荡秋千时最大速度能够达到5m/s，经了解秋千的两根绳长均为4m，绳子能够承受的张力为300N。如果我去荡秋千，我所受到的向心力为F=mv2/r=250N，通过分析我们可以得出在荡秋千到最低点时，向心力F=F支-G，也就是F支=F+G=650N，此时两根秋千绳子所承受的拉力为F拉=F支/2=325N>300N，那么也就是说，当我在这个秋千上以5m/s的速度玩耍时，就会使绳子因承受不住拉力而断裂，进而出现离心运动摔倒在地。

在此我将自身的研究展示出来，是希望能够通过本文提醒各位读者，出于安全的角度，当在进行荡秋千这一游戏时一定要提醒游戏者速度不要过快，被抛出去并不一定是因为器械功能不完善或者运气不佳，这其中蕴涵着的物理学原理证明着速度若是过快一定会出现危险。

2.拱形桥

在教材之中拱形桥的问题已经被研究得足够透彻，我在本文之中再次提到拱形桥的问题，是在以上研究的基础之上对拱形桥的问题进行了更进一步的探索。众所周知，无论是拱形桥还是荡秋千，当物体发生离心运动时都有可能会遭遇危险，为避免危险的发生，我们需要遵守相关的规则和制度，如一定质量的个体在荡秋千时必定要在一定的速度范围之内，再比如一定质量的汽车在过拱形桥的时候一定要遵守桥头所竖立的速度标识。我曾这样思考：为什么汽车在上桥时受限制的速度而不是桥上已承载了多少汽车？现在看来，这是由于桥上各汽车在匀速运动的过程之中都会受到重力和支持力的合力——向心力，而根据匀速圆周运动的原理，当汽车运动速度过慢时，桥所承受的压力也会增加，倘若规定了最低的运动速度，就相当于间接地对桥的受力进行了限制，从而达到安全的效果。

这一案例的深入思考让我明白了遵守规则的重要性，有的时候一个不起眼的标识有可能对我们的安全带来极大的影响作用。总而言之，作为高中生，我们要带着一双善于观察的眼睛去发现生活之中的处处可见的物理现象，并利用课堂之中所学习的物理知识来对相关的物理问题进行分析、解释，再根据自身的深入思考，来使每一个固定在课本教材之中的知识能够发挥自身最大的价值，促进自身的健康成长。

参考文献：

[1]刘锦洋.生活中的圆周运动问题归类解析[J].中学课程辅导（教学研究），2015，9（31）：74-75.

[2]王翠萍.生活中圆周运动典型问题[J].新高考（高一物理），2017（2）.

编辑 姚晓媛endprint