Bài 14: Lực hướng tâm

1.1.1. Định nghĩa.

•   Lực (hay hợp lực của các lực) tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm.

1.1.2. Công thức.

\({F_{ht}} = m{a_{ht}} = \)\(\frac{{m{v^2}}}{r}\) = \(m{\omega ^2}r\)

1.1.3. Ví dụ.

• Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh nhân tạo đóng vai trò lực hướng tâm, giữ cho vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất.

• Đặt một vật trên bàn quay, lực ma sát nghĩ đóng vai trò lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động tròn.

• Đường ôtô và đường sắt ở những đoạn cong phải làm nghiên về phía tâm cong để hợp lực giữa trọng lực và phản lực của mặt đường tạo ra lực hướng tâm giữ cho xe, tàu chuyển động dễ dàng trên quỹ đạo.

1.1.4. Kết luận:

• Lực hướng tâm không phải là loại lực mới, mà chỉ là một trong các lực: hấp dẫn, đàn hồi, ma sát hay hợp lực của các lực đó. Vì nó gây ra gia tốc hướng tâm nên gọi là lực hướng tâm.

1.  Khi đặt vật trên bàn quay, nếu bàn quay nhanh quá, lực ma sát nghĩ  không đủ lớn để đóng vai trò lực hướng tâm nữa, nên vật trượt trên bàn ra xa tâm quay, rồi văng khỏi bàn theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo. Chuyển động như vậy của vật được gọi là chuyển động li tâm.

2. Chuyển động li tâm có nhiều ứng dụng thực tế.

• Ví dụ : Máy vắt li tâm.

3. Chuyển động li tâm cũng có khi cần phải tránh.

• Ví dụ : Khi chạy xe qua những chổ rẽ, chổ quanh, nếu chạy với tốc độ lớn thì lực ma sát nghĩ cực đại không đủ lớn để đóng vai trò lực hướng tâm giữ cho xe chuyển động tròn nên xe sẽ trượt li tâm, dễ gây ra tai nạn giao thông

Bài 1:

Một chất điểm có khối lương 500g chuyển động tròn đều trên một đường tròn bán kính 10cm với vận tốc góc bằng 80rad/s. Tính lực hướng tâm của chất điểm?

Hướng dẫn giải:

• Vì lực hướng tâm cùng hướng với gia tốc hướng tâm nên

\({F_{ht}} = m.{a_{ht}} = mr{\omega ^2} = 0,5.0,{1.80^2} = 320N\)

Vậy lực hướng tâm của chất điểm là 320N

Bài 2:

Một chất điểm có khối lương 500g chuyển động tròn đều trên một đường tròn bán kính 10cm. Biết lực hướng tâm tác dụng lên chất điểm là 500N. Tìm vận tốc dài của chất điểm?

Hướng dẫn giải:

• Vì lực hướng tâm cùng hướng với gia tốc hướng tâm nên

\({F_{ht}} = m.{a_{ht}} = \frac{{m.{v^2}}}{r}\)

\( \Rightarrow v = \sqrt {\frac{{{F_{ht}}.r}}{m}} \)

\(\Rightarrow v = \sqrt {\frac{{500.0,1}}{{0,5}}} \) \( = 10m/s\)

Vậy vận tốc của chất điểm là 10m/s

Bài 3:

Tìm vận tốc của vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất? (Biết vệ tinh nhân tạo được phóng ở gần mặt đất và lấy \(g = 9,8{\rm{ }}m/{s^2}\), bán kính Trái Đất R = 6,4.10⁶ m).

Hướng dẫn giải:

• Khi vệ tinh chuyển động tròn đều quanh Trái Đất, lực hấp dẫn của Trái Đất đóng vai trò là lực hướng tâm

\({F_{hd}} = {F_{ht}} \Leftrightarrow \frac{{GmM}}{{{{(R + h)}^2}}} = \frac{{m{v^2}}}{{R + h}}\)

\( \Rightarrow v = \sqrt {\frac{{GM}}{{R + h}}} \)

• Vì vệ tinh nhân tạo được phóng ở gần mặt đất nên h << R \( \Rightarrow v = \sqrt {\frac{{GM}}{R}} \)

Mà:  \(g = \frac{{GM}}{{{R^2}}}\)  

\(\begin{array}{*{20}{l}}
{ \Rightarrow v = \sqrt {gR}  = \sqrt {9,8.6,{{4.10}^6}} }\\
{ = 7919,6(m/h) \approx 7,9m/s}
\end{array}\)

Qua bài giảng Lực hướng tâm này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Phát biểu được định nghĩa và viết được công thức của lực hướng tâm.

• Nêu được một vài ví dụ về chuyển động li tâm có lợi hoặc có hại.

• Giải thích được lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động tròn đều.

• Xác định được lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động tròn đều trong một số trường hợp đơn giản.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 10 Bài 14 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Lực nào sao đây có thể là lực hướng tâm?

  • A. Lực ma sát
  • B. Lực hấp dẫn
  • C. Lực đàn hồi
  • D. Cả 3 đáp án trên

• Câu 2:

  Ở những đoạn đường vòng, mặt đường được làm nghiêng. Việc làm này nhằm mục đích nào kể sau đây?

  • A. Giới hạn vận tốc của xe. 
  • B. Tạo lực hướng tâm.
  • C. Tăng lực ma sát.
  • D. Cho nước mưa thoát dễ dàng.

• Câu 3:

  Chọn phát biểu sai về lực hướng tâm:

  • A. Vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất do lực hấp dẫn đóng vai trò lực hướng tâm.
  • B. Xe chuyển động vào một đoạn đường cong (khúc cua), lực đóng vai trò hướng tâm luôn là lực ma sát
  • C. Xe chuyển động đều trên đỉnh một cầu võng, hợp lực của trọng lực và phản lực vuông góc đóng vai trò lực hướng tâm.
  • D. Vật nằm yên đối với mặt bàn nằm ngang đang quay đều quanh trục thẳng đứng thì lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm.

• Câu 4:

  Một chất điểm có khối lương 500g chuyển động tròn đều trên một đường tròn bán kính 10cm. Biết lực hướng tâm tác dụng lên chất điểm là 500N. Tìm vận tốc dài của chất điểm?

  • A. 25m/s
  • B. 20m/s
  • C. 15m/s
  • D. 10m/s

Câu 5- Câu 12: Xem thêm phần trắc nghiệm để làm thử Online 

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 10 Bài 14 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Bài tập 3 trang 103 SGK Vật lý 10 nâng cao

Bài tập 4 trang 103 SGK Vật lý 10 nâng cao

Bài tập 14.1 trang 33 SBT Vật lý 10

Bài tập 14.2 trang 34 SBT Vật lý 10

Bài tập 14.3 trang 34 SBT Vật lý 10

Bài tập 14.4 trang 34 SBT Vật lý 10

Bài tập 14.5 trang 34 SBT Vật lý 10

Bài tập 14.6 trang 34 SBT Vật lý 10

Bài tập 14.7 trang 34 SBT Vật lý 10

Bài tập 14.8 trang 35 SBT Vật lý 10

Bài tập 14.9 trang 35 SBT Vật lý 10

Bài tập 14.10 trang 35 SBT Vật lý 10

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý Chúng tôi sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!