(1)火车拐弯时按设计时速通过时由重力和支持力的合力提供向心力,对火车进行受力分析如图有:
FNcosθ=mg
所以可得火车受到的支持力为:FN=
mg cosθ
(2)如上图可知,火车拐弯时的向心力由重力和支持力的合力提供,即:
F合=FNsinθ=ma
所以火车拐弯时的加速度大小为:
a=
=F合 m
=gtanθ
FNsinθ m
(3)根据向心力公式有:
F合=m
得火车拐弯的速度为:v=v2 R
=
F合R m
gRtanθ
答:(1)铁轨对火车的支持力大小为
;mg cosθ
(2)火车转弯时的加速度大小为gtanθ;
(3)设计转弯速度v为
.
gRtanθ