美東颶風: 颶風飛椅是如何"飛"起來的?(圖)

2016-05-07 | 來源: 張偉偉博客 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

　　去過游樂場的同學應該對“颶風飛椅”不陌生，一張大傘下利用軟繩拉著許多椅子。當大傘靜止不動時，軟繩垂直向下，當大傘旋轉以後，在軟繩的拉力作用下人坐的椅子會向外展開“飛”了起來。在旋轉的過程中“傘面”會發生傾斜，增加游樂的趣味性。那麼這個“飛椅”是靠什麼原理“飛”起來的呢？

　　太原迎澤公園

　　

　　和向心力相對應的另外一個概念是離心力，它的方向背離圓周運動中心。我們可以這樣理解，由於離心力和向心力的平衡，做圓周運動的物體才沒有靠近運動中心也沒有遠離運動中心。不過需要強調的是，離心力是一個慣性力，離心力只存在於做圓周運動（或曲線運動）中，就像坐汽車在快速轉彎的時候有一種要被“甩”出去的感覺，那就是離心力的作用。

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　　有了這兩個概念，我們來看飛椅是如何飛起來的。當飛椅從靜止開始旋轉後，由於物體有保持其原始“運動狀態”的慣性，就形成了離心力，椅子有遠離運動中心的趨勢，但由於拉繩作用，結果就是拉繩向外偏離一個角度，這個角度的產生，使得繩子的拉力和重力可以合成指向運動中心的力——向心力（如下圖中紅色標注的力），當向心力和離心力平衡後，使得人椅可以維持圓周運動。

　　為了簡化分析，我們考慮只有兩把椅子的情況，如上圖所示。並且將椅子作為質點考慮。初始情況，繩子下垂，即θ=0，說椅子飛起來了，實際上就是θ不等於0的情況。假設旋轉後，BC處於水平狀態，設|OC|=a，繩子的長度為l，則椅子的實際旋轉半徑為r=a+lsinθ，因此繩子的張力和向心力的公式為：

　　