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2.向心力的来源.
转弯处外轨道略高于内轨道,适当选择内外轨的高度差,可使转弯时所需的向心力几乎完全由支持力与重力的合力来提供.
设内外轨间的距离为L,内外轨的高度差为h,火车转弯的半径为R,火车转弯的规定速度为v0,由上页图所示力的合成得向心力为F合=mgtan θ≈mgsin θ=mg(θ较小时,sin
θ≈tan θ),由牛顿第二定律得:F合=m,所以mg=m,即火车转弯的规定速度v0=.
由于铁轨建成后,h、L、R各量是确定的,故火车转弯时的车速应是一个定值.
注意:(1)当火车行驶速率v=v0时,火车对内外轨均无侧向压力.
(2)当火车行驶速率v>v0时,外轨道对轮缘有侧向压力.
(3)当火车行驶速率v<v0时,内轨道对轮缘有侧向压力.
同理,高速公路、赛车的弯道处也是外高内低,使重力和支持力的合力提供车辆转弯时所需要的向心力,减小由于转弯产生的摩擦力对车轮的损坏.