考慮到你可能還沒學過導數,但既然會提出這樣的問題,應該是已經學過勻速圓周運動了。所以我們不加證明的引用一個公式:法向加速度 , 其中v為線速度,R為圓的半徑。
注意:這個公式不僅僅適用於勻速圓周運動,對於變速圓周運動同樣適用。更一般地,如果我們考慮任意一條運動軌跡,則R表示曲線上某一點的曲率半徑。(這個不懂沒關係,不影響後面)
但是與勻速圓周運動不同的是,我們需要提出一個切向加速度的概念:即質點作曲線運動時所具有的沿軌道切線方向的加速度,通常記作 .
我們知道 ,所以法向加速度只改變速度的方向,不改變速度的大小;而 ,所以切向加速度只改變速度的大小,不改變速度的方向。勻速圓周運動作為特例,其速率始終不變,所以 .
明白了這些基本概念,我們就可以開始處理這個問題了。
這裡我似乎選了一個意義不大的參量 。因為原問題本來放在直角座標系中,要求的是豎直加速度;而且這也不是勻速圓周運動,角度和時間並不成正比。好像選角度為參量沒什麼幫助。但是我覺得用直角座標表示圓,本身就是一個很麻煩的事情,不如直接用角確定位置;而且有了角度很好刻畫一些幾何關係。下面我們主要的目標就是求解 及 ,再把它們重新投影回y方向上。
首先是角度與時間的關係:
再來表示線速度:
法向加速度:
由於x方向無加速度: 故
求出y方向加速度:
最後將第1式帶入最後的表示式即可,我嫌麻煩就不打了,最終答案和其他答主一樣。
考慮到你可能還沒學過導數,但既然會提出這樣的問題,應該是已經學過勻速圓周運動了。所以我們不加證明的引用一個公式:法向加速度 , 其中v為線速度,R為圓的半徑。
注意:這個公式不僅僅適用於勻速圓周運動,對於變速圓周運動同樣適用。更一般地,如果我們考慮任意一條運動軌跡,則R表示曲線上某一點的曲率半徑。(這個不懂沒關係,不影響後面)
但是與勻速圓周運動不同的是,我們需要提出一個切向加速度的概念:即質點作曲線運動時所具有的沿軌道切線方向的加速度,通常記作 .
我們知道 ,所以法向加速度只改變速度的方向,不改變速度的大小;而 ,所以切向加速度只改變速度的大小,不改變速度的方向。勻速圓周運動作為特例,其速率始終不變,所以 .
明白了這些基本概念,我們就可以開始處理這個問題了。
這裡我似乎選了一個意義不大的參量 。因為原問題本來放在直角座標系中,要求的是豎直加速度;而且這也不是勻速圓周運動,角度和時間並不成正比。好像選角度為參量沒什麼幫助。但是我覺得用直角座標表示圓,本身就是一個很麻煩的事情,不如直接用角確定位置;而且有了角度很好刻畫一些幾何關係。下面我們主要的目標就是求解 及 ,再把它們重新投影回y方向上。
首先是角度與時間的關係:
再來表示線速度:
法向加速度:
由於x方向無加速度: 故
求出y方向加速度:
最後將第1式帶入最後的表示式即可,我嫌麻煩就不打了,最終答案和其他答主一樣。