TÍNH ÁP LỰC CỦA VẬT TẠI ĐIỂM CAO NHẤT CỦA VÒNG CẦU
1. PHƯƠNG PHÁP GIẢI
- Bước 1: Xác định vecto lực hướng tâm.
+ Vẽ hình, tìm tất cả các lực tác dụng vào vật chuyển động tròn.
+ Tổng hợp các lực đó theo phương bán kính hướng vào tâm đó là lực hướng tâm.
- Bước 2: Viết biểu thức tính độ lớn lực hướng tâm theo m và aht
- Bước 3: Đồng nhất biểu thức lực và biểu thức độ lớn tìm ẩn số.
* Cụ thể với bài toán tính áp lực vật tại điểm cao nhất của vòng cầu thì:
Cầu vồng lên:
\(P - N = m{a_{ht}} \Leftrightarrow N = P - {F_{ht}}\)
Cầu vồng xuống (cầu lõm):
\(N - P = m{a_{ht}} \Leftrightarrow N = P + {F_{ht}}\)
* Chuyển động của xe đi vào khúc quanh (mặt đường phải làm nghiêng): lực hướng tâm là hợp lực của phản lực \(\overrightarrow N \) và trọng lực \(\overrightarrow P \)
2. BÀI TẬP VÍ DỤ
Một ô tô khối lượng 2,5 tấn chuyển động qua một cầu vượt với vận tốc không đổi là 54 km/h. Cầu vượt có dạng một cung tròn, bán kính 100 m. Tính áp lực của ô tô lên cầu tại điểm cao nhất của cầu. Lấy g = 9,8 m/s2.
Hướng dẫn giải
Ta có:
R = 100 m
m = 2500 kg
v = 15 m/s
Khi ô tô đến điểm cao nhất thì một phần của trọng lực đóng vai trò là lực hướng tâm.
Chọn chiều dương hướng vào tâm.
Áp dụng định luật II Niuton ta có:
\(\overrightarrow N + \overrightarrow P = m{\overrightarrow a _{ht}}\) (*)
Chiếu phương trình (*) lên chiều dương ta được:
\(P - N = {F_{ht}} \Rightarrow N = P - {F_{ht}}\)
Tại điểm cao nhất lực ép của xe lên cầu là:
\(N = mg - \frac{{m{v^2}}}{R} = 2500.9,8 - \frac{{{{2500.15}^2}}}{{100}} = 18875N\)
3. BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM
Câu 1: Một ô tô có khối lượng là 1200 kg chuyển động đều qua một đoạn cầu vượt dạng cung tròn với tốc độ là 36 km/h. Biết bán kính cong của đoạn cầu vượt là 50m. Lấy g = 10 m/s2. Áp lực của ô tô tác dụng vào mặt đường tại điểm cao nhất là?
A. 760 N
B. 950 N
C. 600 N
D. 400 N
Câu 2: Chọn câu sai:
A. Khi xe chạy qua cầu cong thì luôn có lực nén trên mặt cầu.
B. Khi ô tô qua khúc quanh thì hợp lực tác dụng có thành phần hướng tâm.
C. Lực hướng tâm giúp ô tô đi qua khúc quanh an toàn.
D. Lực nén của ô tô khi đi qua cầu phẳng luôn cùng hướng với trọng lực.
Câu 3: Ở những đoạn đường vòng mặt đường được nâng lên một bên. Việc làm này nhằm nào kể sau đây?
A. Tạo lực hướng tâm để xe chuyển hướng
B. Tăng lực ma sát để khỏi trượt
C. Giới hạn vận tốc của xe
D. Cho nước mưa thoát dễ dàng
Câu 4: Một tài xế điều khiển một ô tô có khối lượng 1000 kg chuyển động quanh vòng tròn có bán kính 100 m nằm rên một mặt phẳng nằm ngang với vận tốc có độ lớn là 10 m/s. Lực ma sát cực đại giữa lốp xe và mặt đường là 900 N. Ô tô sẽ:
A. Chưa đủ cơ sở để kết luận
B. Trượt ra khỏi đường tròn
C. Trượt vào phía trong đường tròn
D. Chạy chậm lại vì lực hướng tâm
Câu 5: Trong thang máy một người có khối lượng 60 kg đứng yên trên một lực kế bàn. Lấy g = 10 m/s2. Thang máy đi xuống nhanh dần đều với gia tốc a = 0.2 m/s2. Lực kế chỉ:
A. 600 N
B. 120 N
C. 612 N
D. 588 N
*Tính áp lực của ô tô 4 tấn đi qua điểm giữa cầu với tốc độ 72 km/h, lấy g = 10 m/s2. Trả lời câu 6-7-8 dưới đây.
Câu 6: Tính áp lực của ô tô khi qua cầu phẳng.
A. 20000 N
B. 30000 N
C. 40000 N
D. 50000 N
Câu 7: Tính áp lực của ô tô khi đi qua cầu cong lồi bán kính 100 m
A. 18000 N
B. 24000 N
C. 36000 N
D. 48000 N
Câu 8: Tính áp lực của ô tô khi đi qua cầu cong lõm bán kính 200 m.
A. 56000 N
B. 72000 N
C. 64000 N
D. 49000 N
Câu 9: Người đi xe đạp khối lượng tổng cộng 60kg trên vòng xiếc bán kính 6,4m phải đi qua điểm cao nhất với vận tốc tối thiểu bằng bao nhiêu để không rơi? Xác định lực nén lên vòng khi xe qua điểm cao nhất với vận tốc 10 m/s.
A. 337,5 N
B. 297 N
C. 238,6 N
D. 842 N
Câu 10: Một người đi xe đap̣ trên vòng xiếc bán kính 10m.Phải đi qua điểm cao nhất của vòng với vận tốc tối thiểu bằng bao nhiêu để khỏi rơi? Cho g = 10 m/s2.
A. 5 m/s
B. 10 m/s
C. 15 m/s
D. 20 m/s
Câu 11: Một xe chạy qua cầu vồng , bán kính 40 m, xe phải chạy với vận tốc bao nhiêu để tại điểm cao nhất xe không đè lên cầu lực nào? Cho g = 10 m/s2.
A. 5 m/s
B. 10 m/s
C. 20 m/s
D. 15 m/s
Câu 12: Chọn phát biểu sai
A. Vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh trái đất do lực hấp dẫn đóng vai trò lực hướng tâm.
B. Vật nằm yên trên mặt bàn nằm ngang đang quay đều quanh trục thẳng đứng thì lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm.
C. Xe chuyển động vào một đoạn đường cong, lực đóng vai trò lực hướng tâm là lực ma sát.
D. Xe chuyển động trên đỉnh một cầu hình vòng cung thì hợp lực của trọng lực và phản lực vuông góc đóng vai trò lực hướng tâm.
Câu 13: Điều nào sau đây là đúng khi nói về lực tác động lên vật chuyển động tròn đều:
A. Ngoài các lực cơ học vật còn chịu thêm tác dụng của lực hướng tâm.
B. Vật chỉ chịu tác dụng của một vật duy nhất.
C. Hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật nằm theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo.
D. Hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật đóng vai trò là lực hướng tâm.
Câu 14: Khi vật chuyển động tròn đều thì lực hướng tâm là:
A. Trọng lực tác dụng lên vật
B. Hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật
C. Trọng lực tác dụng lên vật
D. Lực hấp dẫn
Câu 15: Một xe có khối lượng m = 700 kg chuyển động qua một chiếc cầu vồng nên với vận tốc v = 15 m/s. Bán kính cong của cầu R = 68,2 m. Tìm áp lực của xe nên cầu vồng tại điểm cao nhất cầu. Lấy g = 10 m/s2.
A. 9309,4 N
B. 4754,4 N
C. 1376,6 N
D. 9467,3 N
---(Hết)---
Trên đây là toàn bộ nội dung tài liệu Phương pháp Tính áp lực của vật tại điểm cao nhất của vòng cầu môn Vật Lý 10 năm 2021. Để xem thêm nhiều tư liệu hữu ích khác, các em đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
