Giải Lý 10 SGK nâng cao Chương 2 Bài 21 Hệ quy chiếu có gia tốc. Lực quán tính

Hãy chọn câu đúng

Bằng cách so sánh số chỉ lực kế trong thang máy với trọng lượng P=mg của vật treo vào lực kế, ta có thể

A. Biết thang máy đang đi lên hay xuống

B. Biết chiều của gia tốc thang máy

C. Biết được thang máy đang chuyển động nhanh dần hay chậm dần

D. Biết được cả ba điều nói trên

Hướng dẫn giải:

• Thang máy đi lên nhanh dần đều – chiều gia tốc hướng lên – chiều lực quán tính hướng xuống – giá trị lực kế tăng – trọng lượng tăng.

• Thang máy đi lên chậm dần đều – chiều gia tốc hướng xuống – chiều lực quán tính hướng lên – giá trị lực kế giảm – trọng lượng giảm.

• Thang máy đi xuống nhanh dần đều – chiều gia tốc hướng xuống – chiều lực quán tính hướng lên – giá trị lực kế giảm – trọng lượng giảm.

• Thang máy đi xuống chậm dần đều – chiều gia tốc hướng lên – chiều lực quán tính hướng xuống – giá trị lực kế tăng – trọng lượng tăng.

Chọn đáp án B.

---

Một vật có khối lượng 0,5kg móc vào lực kế treo trong buồng thang máy. Thang máy đang đi xuống và được hãm với gia tốc 1m/s2. Số chỉ của lực kế là bao nhiêu?

A. 0,5N

B. 5,4N

C. 4,9N

D. 4,4N

Hướng dẫn giải:

Vì thang máy đi xuống chậm dần đều và đang được hãm lại nên \(\vec a\) hướng lên

\( \Rightarrow {F_{LK}} = P + {F_{qt}} = m(g + a) = 5,4{\mkern 1mu} (N)\)

Chọn đáp án B.

---

Một người có khối lượng m = 60kg đứng trong buồng thang máy trên một bàn cân lò xo. Nếu cân chỉ trọng lượng của người là:

a) 588N

b) 606N

c) 564N

thì gia tốc của thang máy như thế nào?

Hướng dẫn giải:

Trọng lực tác dụng lên người P = m.g = 60.9,8 = 588N

Số chỉ của cân chính là lực mà người tác dụng lên cân.

a)

\(\begin{array}{l} {F_{dh}} = 588N = P\\ = > {F_{qt}} = 0 = > a = 0 \end{array}\)

$$ → Thang máy đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều.

b)

\(\begin{array}{l} {F_{dh}} = P + {F_{qt}} = P + ma\\ = > a = \frac{{{F_{dh}} - P}}{m} = \frac{{606 - 588}}{{60}} = 0,3(m/{s^2}) \end{array}\)

\(\overrightarrow a \) hướng lên

 → Thang máy đi lên nhanh dần đều hoặc đi xuống chậm dần đều.

c)

\(\begin{array}{*{20}{l}} {{F_{dh}} = P - {F_{qt}} = P - ma}\\ { = > a = \frac{{P - {F_{dh}}}}{m} = \frac{{588 - 564}}{{60}} = 0,4(m/{s^2})} \end{array}\)

\(\overrightarrow a \) hướng xuống

 → Thang máy đi xuống nhanh dần đều hoặc đi lên chậm dần đều.

---

Một quả cầu nhỏ, khối lượng m = 300g, buộc vào một đầu dây treo vào trần của toa tàu đang chuyển động.

Hình 21.8 ghi lại những vị trí ổn định của quả cầu trong một số trường hợp.

a) Hãy nhận xét về tính chất của chuyển động của toa tàu trong mỗi trường hợp.

b) Tính gia tốc của toa tàu và lực căng của dây treo trong mỗi trường hợp.

Hướng dẫn giải:

Trường hợp 1: Không có lực quán tính, toa tàu chuyển động thẳng đều. 

Lực căng dây : T = P = mg = 0,3.9,8 = 2,94 (N).

Trường hợp 2 : \(\overrightarrow {{F_q}}  =  - m\vec a\) hướng về trước, \(\vec a\) ngược chiều \(\vec v\) nên toa tàu chuyển động chậm dần đều.

\(\begin{array}{l} {F_{q}} = Ptan\alpha \\ < = > ma = mgtan\alpha \\ < = > a = gtan\alpha = 9,81.tan{8^0} = 1,38(m/{s^2}) \end{array}\)$\begin{array}{r}\end{array}$

 

\(T = \frac{P}{{\cos \alpha }} = \frac{{mg}}{{\cos {8^0}}} = \frac{{0,3.9,81}}{{{\rm{cos}}{8^0}}} \approx 2,97{\mkern 1mu} (N)\)

Trường hợp 3 : \(\overrightarrow {{F_q}}  =  - m\overrightarrow {a{\mkern 1mu} } {\mkern 1mu} \) hướng về sau, \(\vec a\) cùng chiều \(\vec v\) nên toa tàu chuyển động nhanh dần đều.

Tương tự ta có: 

\(\begin{array}{l} a = g\tan \beta = 9,81.\tan {4^0} = 0,686{\mkern 1mu} (m/{s^2})\\ T = \frac{P}{{{\rm{cos}}\beta }} = \frac{{0,3.9,81}}{{{\rm{cos}}{4^0}}} = 2,95{\mkern 1mu} (N) \end{array}\)

---

Khối nêm hình tam giác vuông ABC có góc nghiêng α = 30^o đặt trên mặt bàn nằm ngang (hình 21.9). Cần phải làm cho khối nêm chuyển động trên mặt bàn với gia tốc như thế nào để một vật nhỏ đặt tại A có thể leo lên mặt phẳng nghiêng? Bỏ qua ma sát.

Hướng dẫn giải:

Để vật leo lên thì phải có thành phần lực \(\overrightarrow {{F_x}} \) thắng được thành phần lực cản \(\overrightarrow {{P_x}} \). Muốn vậy khối nêm phải chuyển động có gia tốc \(\vec a\) hướng sang trái, khi đó vật chịu thêm  \(\overrightarrow {{F_q}} \) hướng sang phải.

Điều kiện để vật lên được là :

\(\begin{array}{l} {F_x} \ge {P_x}\\ \Leftrightarrow ma.\cos \alpha \ge mg\sin \alpha \\ \Leftrightarrow a \ge g\tan \alpha = 9,81.\tan {30^0} = 5,67{\mkern 1mu} (m/{s^2}) \end{array}\)

---

Một quả cầu khối lượng m = 2kg treo vào đầu một sợi dây chỉ chịu được lực căng dây tối đa T_m = 28N. Hỏi có thể kéo dây đi lên phía trước với gia tốc lớn nhất là bao nhiêu mà dây chưa đứt?

Hướng dẫn giải:

Xét trong hệ quy chiếu gắn với đất thì quả cầu chuyển động với gia tốc \(\vec a\):

Áp dụng định luật II Niu-tơn ta được:

\(\begin{array}{l} a = \frac{{T - P}}{m} = \frac{{T - mg}}{m} = \frac{T}{m} - g\\ = > T = m(a + g) \end{array}\)

Điều kiện để dây không đứt là:

\(\begin{array}{l} T \le {T_m}\\ = > m(a + g) \le {T_m}\\ = > a \le \frac{{{T_m}}}{m} - g = \frac{{28}}{2} - 9,8 = 4,2(m/{s^2}) \end{array}\)

 

Trên đây là nội dung hướng dẫn giải chi tiết bài tập SGK nâng cao môn Vật lý 10 Chương 2 Bài 21 Hệ quy chiếu có gia tốc. Lực quán tính được trình bày rõ ràng, cụ thể với phương pháp ngắn gọn và khoa học. Hy vọng rằng đây sẽ là tài liệu hữu ích giúp các em học sinh lớp 10 học tập thật tốt!