Giải Lý 10 SGK nâng cao Chương 2 Bài 22 Lực hướng tâm và lực quán tính li tâm. Hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lực

Hãy chọn câu đúng.

Các nhà du hành vũ trụ trên con tàu quay quanh Trái Đất đều ở trong trạng thái mất trọng lượng là do

A. Con tàu ở rất xa Trái Đất nên lực hút của Trái Đất giảm đáng kể

B. Con tàu ở vào vùng mà lực hút của Trái Đất và lực hút của Mặt Trăng cân bằng nhau

C. Con tàu đã thoát ra khỏi khí quyển của Trái Đất

D. Các nhà du hành và con tàu cùng "rơi" về Trái Đất với gia tốc \(g\) nên không còn lực của người đè vào sàn tàu.

Hướng dẫn giải:

Các nhà du hành và con tàu cùng "rơi" về Trái Đất với gia tốc \(g\) nên không còn lực của người đè vào sàn tàu.

Chọn đáp án D.

Trong thí nghiệm ở hình 22.3, dây dài 0,5m. Hãy tính số vòng quay trong 1s để dây lệch đi góc α = 60^o so với phương thẳng đứng.

Hướng dẫn giải:

Xét vật m trong hệ quy chiếu gắn với Trái Đất.

Áp dụng định luật II Niu Tơn:

\(\begin{array}{l} \overrightarrow {{F_{ht}}} = m\overrightarrow {{a_{ht}}} = \vec T + \vec P\\ \Leftrightarrow mR{\omega ^2} = mg\tan \alpha \\ \Leftrightarrow l\sin \alpha {\left( {2\pi n} \right)^2} = g\frac{{\sin \alpha }}{{{\rm{cos}}\alpha }}\\ \Rightarrow n = \frac{1}{{2\pi }}\sqrt {\frac{g}{{{\rm{lcos}}\alpha }}} \approx 1{\mkern 1mu} (vòng/s) \end{array}\)

Một ô tô khối lượng m = 1200kg (coi là chất điểm), chuyển động với vận tốc 36km/h trên chiếc cầu vồng nên coi như cung tròn có bán kính R = 50m (hình 22.10). Tính áp lực của ô tô vào mặt cầu tại thời điểm cao nhất? Nếu cầu võng xuống (các số liệu vẫn giữ như trên) thì áp lực của ô tô vào mặt cầu tại điểm thấp nhất là bao nhiêu? So sánh hai đáp số và nhận xét.

Hướng dẫn giải:

Coi xe là vật chuyển dộng tròn đều trên cung tròn tâm O bán kính R. Lực phát động cân bằng với lực ma sát. Ở vị trí cao nhất \(\vec P;\vec N\) đều thẳng đứng, qua O nên

\(m\overrightarrow {{a_{ht}}}  = \overrightarrow {{F_{ht}}}  = \vec P + \vec N{\mkern 1mu} (1)\)  $(1)$

Chọn chiều dương hướng tâm thì: 

\(\begin{array}{l} (1){\mkern 1mu} = > \frac{{m{v^2}}}{R} = P - N = mg - N\\ = > N = m\left( {g - \frac{{{v^2}}}{R}} \right) = 1200\left( {9,81 - \frac{{{{10}^2}}}{{50}}} \right)\\ = > N = 9372{\mkern 1mu} (N) \end{array}\)$\begin{array}{r}\end{array}$

Theo định luật III Niu Tơn: Áp lực của ô tô vào mặt cầu tại điểm cao nhất là:

\(N' = N = 9372{\mkern 1mu} N < mg\)

Ở vị trí thấp nhất của cầu võng thì

\(\begin{array}{l} \frac{{m{v^2}}}{R} = N - P = N - mg\\ \Rightarrow N' = N = m(g + \frac{{{v^2}}}{R}){\mkern 1mu} = 14172{\mkern 1mu} N > mg \end{array}\)$\begin{array}{r}\end{array}$

Nhận xét :

+ Trường hợp cầu vồng, khi qua chỗ cao nhất, áp lực của ô tô lên cầu nhỏ hơn trọng lực của nó.

+ Trường hợp cầu võng, khi qua vị trí thấp nhất, áp lực của ô tô lên cầu lớn hơn trọng lực của nó.

Trong thí nghiệm ở hình 22.4, nếu hệ số ma sát nghỉ giữa vật và mặt bàn là 0,25 và tốc độ góc của bàn là 3 rad/s thì có thể đặt ở vùng nào trên mặt bàn để nó không bị trượt đi?

Hướng dẫn giải:

Khi vật không trượt trên mặt bàn quay ta có :

\(\begin{array}{l} {F_q} = {F_{msn}} \le {F_M}\\ \Leftrightarrow mR{\omega ^2} \le {\mu _n}.mg\\ \Rightarrow R \le \frac{{{\mu _n}g}}{{{\omega ^2}}} = \frac{{0,25.9,81}}{{{3^2}}} \approx 0,273{\mkern 1mu} (m) \end{array}\)$\begin{array}{r}\end{array}$

Vậy để vật không trượt, phải đặt vật trong phạm vi hình tròn có tâm là giao điểm của trục quay với bàn, bán kính là 0,273 m.

Trên đây là nội dung hướng dẫn giải chi tiết bài tập SGK nâng cao môn Vật lý 10 Chương 2 Bài 22 Lực hướng tâm và lực quán tính li tâm. Hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lực 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!