Zentripetalkraft auf ein Riesenrad

(Dies ist ein Problem auf Highschool-Niveau, also kein Luftwiderstand usw.) Eine Person sitzt auf einem Riesenrad mit Radius R mit konstanter Geschwindigkeit bewegen. Welche Kraft wirkt vom Sitz auf die Person, wenn sich die Person am unteren Ende der Fahrt befindet? Wann ist die Person an der Spitze?

Mein Lösungsversuch:

Wenn sich die Person oben befindet, wirken auf die Person ihr Gewicht und eine gleich große Normalkraft vom Sitz, die sie nach oben drückt. Da das Problem eine gleichmäßige kreisförmige Bewegung beinhaltet, muss am oberen Ende der Fahrt eine gewisse Kraft vorhanden sein, die die Person mit einer Größenordnung in Richtung der Mitte des Kreises zieht M v 2 R .

Die Ursache dieser Zentripetalkraft muss der Sicherheitsgurt an der Person sein, der sie nach unten zieht?

Wenn sich das Fahrgestell ganz unten befindet, wirkt die Normalkraft des Sitzes sowohl dem Gewicht der Person entgegen als auch übt eine Zentripetalkraft von aus M v 2 R nach oben.

Die Zentripetalkraft verwirrt mich irgendwie, da mein Professor sagt, ein Beweis dafür würde den Rahmen des Kurses sprengen.

Sie können sich die Zentripetalkraft eher als die Summe einer Reihe von Radialkräften als als ihre eigene eigenständige Kraft vorstellen. In diesem Fall muss an der Spitze des Rads die Summe der Normalkraft, der Kraft, die durch den Sicherheitsgurt bereitgestellt wird, und der Gewichtskraft eine Nettokraft mit Betrag sein M v 2 R Richtung Radmitte zeigen. Beachten Sie, dass die Zentripetalkraft geschwindigkeitsabhängig ist, was bedeutet, dass der Sicherheitsgurt nicht unbedingt eine nach unten gerichtete Kraft ausüben muss, wenn sich das Rad langsam dreht.
@Rationen Ok. Die Nettokraft, die auf die Person wirkt, wenn sie sich oben auf dem Rad befindet, Fs = v^2/2 * m ... und diese Kraft besteht aus der Schwerkraft minus der Normalkraft vom Sitz ... richtig?
Schwerkraft abzüglich der Größe der Normalkraft gilt nur, wenn (1) sich die Person oben auf dem Fahrgeschäft befindet, (2) die Richtung, die zur Mitte zeigt, als positiv definiert wurde und (3) wenn Sie das Riesenrad kennen langsam genug bewegt, dass die Richtung der Normalkraft der Richtung der Schwerkraft entgegengesetzt sein muss.

Antworten (1)

Angenommen, Sie meinen ein "Riesenrad":

In einem Riesenrad, M ∗ v 2 R ist sehr klein, weil sich Riesenräder langsam bewegen.

Auch auf dem Rad bleiben alle Autos mit Menschen aufrecht. Das bedeutet, dass die Schwerkraft beim Fahren immer nach unten zieht.

Es gibt also drei Fälle, die Sie sich ansehen können, um dies zu erklären:

  1. Du bist ganz oben.

In diesem Fall wird die Zentripetalkraft (die erforderlich ist, um Sie innerhalb des Kreises in Bewegung zu halten) von der Schwerkraft bereitgestellt. Die Schwerkraft zieht Sie nach unten in Richtung der Mitte des Rads.

  1. Du bist ganz unten.

In diesem Fall ist die bereitgestellte Kraft eine Aufwärtskraft, die von der Metallstruktur des Rads bereitgestellt wird. Die Metallträger, die das Auto an dieser Stelle während der Fahrt stützen.

  1. Du bist auf der Seite.

In diesem Fall wird die Kraft zur Mitte des Rads durch eine Kombination aus der Struktur des Rads bereitgestellt (wenn Sie sich unten/seitlich befinden, und der Schwerkraft, wenn Sie sich mehr oben befinden).

Ja, ich glaube, ich verstehe jetzt ... Angesichts der Tatsache, dass v = k = 1 m / s und r = 70 m ... dann, wenn das Rad oben ist, Fc (Zentripetalkraft) = 1/70 ... also 1/70 = GN (Normalkraft des Sitzes). Also N = G-1/70
Richtig, für eine Person mit einem Gewicht von 100 kg, die mit 1 m/s auf einem 70 m langen Rad fährt, spürt sie eine Zentripetalkraft von 1,43 N und eine Gravitationskraft von 981 N. Ich habe die Antwort auch bearbeitet, um zu erklären, woher diese Zentripetalkraft tatsächlich kommt, obwohl sie relativ unbedeutend ist.
Oh ja, ich habe die Masse vergessen, als ich die Zentripetalkraft berechnet habe, aber ich habe das Gefühl, dass ich es jetzt verstehe, danke.
Zentripetalkraft auf ein Riesenrad
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