Phương pháp Tính lực hướng tâm môn Vật Lý 10 năm 2021

PHƯƠNG PHÁP TÍNH LỰC HƯỚNG TÂM

Vận dụng các công thức trong chuyển động tròn đều:

- Chu kì: $T=\frac{2\pi }{\omega }$

- Tần số: $f=\frac{1}{T}=\frac{\omega }{2\pi }$

- Tốc độ góc: $\omega =\frac{v}{r}=\frac{2\pi }{T}=\frac{f}{2\pi }$

- Lực hướng tâm: $F_{ht}=m.a_{ht}$

- Gia tốc hướng tâm: $a_{ht}=\frac{v^2}{r}=r.{\omega }^2$

- Công thức liên hệ giữa tốc độ dài và tốc độ góc: $v=r\omega$

Ví dụ 1: Xe đạp của một vận động viên chuyển động thẳng đều với v = 36km/h. Biết bán kính của lốp bánh xe là 40cm. Tính tốc độ góc và gia tốc hướng tâm tại một điểm trên lốp bánh xe.

Hướng dẫn giải

Vận tốc xe đạp cũng là tốc độ dài của một điểm trên lốp xe:

v = 36km/h = 10m/s

Tốc độ góc: $\omega =\frac{v}{r}=\frac{10}{0,4}=25\mathrm{r}a\mathrm{d}/s$

Gia tốc hướng tâm tại một điểm trên lốp bánh xe là:

$a_{ht}=\frac{v^2}{r}=250m/s^2$

Ví dụ 2: Một ô tô khối lượng m = 1200 kg (coi là chất điểm), chuyển động với vận tốc 36 km/h trên chiếc cầu vồng lên coi như cung tròn có bán kính R = 50 (m) (Hình 22.10). Tính áp lực của ô tô vào mặt cầu tại 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

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

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

Chọn chiều dương hướng tâm thì

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

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

$N^{\prime }=N=9372N<mg$

b) Ở vị trí thấp nhất của cầu võng thì

$\begin{array}{rl}& \frac{m{v}^2}{R}=N-P=N-mg\\ & N^{\prime }=N=m(g+\frac{v^2}{R})=14172N>mg\end{array}$

c) Nhận xét : Áp lực ô tô lên cầu vồng nhỏ hơn lên cầu võng.

Vì lí do này (và còn một số lí do khác ) người ta không làm cầu võng.

Bài 1: Một người đi xe đạp (khối lượng tổng cộng 60kg) trên vòng tròn làm xiếc bán kính 6,4m. Hỏi người đó phải đi qua điểm cao nhất với vận tốc tối thiểu là bao nhiêu để không bị rơi ? Xác định lực nén lên vòng tròn khi xe qua điểm cao nhất nếu chuyển động với vận tốc 10m/s. Cho g = 10m/s².      

ĐS: 8m/s ; 337,5N.

Bài 2: Một người đi xe đạp 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 = 10m/s².   

ĐS : 10m/s.

Bài 3: Trong môn quay tạ ,một vận động viên quay tạ sao cho cả dây và tạ chuyển động gần như tròn đều trong mặt phẳng nằm ngang .Muốn tạ chuyển động trên đường tròn bán kính 2m với tốc độ dài 2m/s thì người ấy phải giữ dây với một lực bằng 10N .Hỏi khối lượng của tạ bằng bao nhiêu ?

Bài 4: Một ô tô có khối lượng 1200kg chuyển động thẳng đều qua một đoạn đường lõm ( coi như cung tròn) với vận tốc 36 km/h. Coi ô tô là một chất điểm. Biết bán kính cong của đoạn đường lõm R = 50m và g = 10m/s². Áp lực của ô tô lên mặt đường tại điểm thấp nhất nhận giá trị nào sau đây? 

Bài 5: Một vệ tinh nhân tạo có khối lượng 100kg ,được phóng lên quỹ đạo quanh Trái Đất ở độ cao 153km .Chu kì của vệ tinh là 5.10³ s và bán kính của Trái Đất là R = 6400km.Tính lực hướng tâm tác dung lên vệ tinh?

Bài 6: Một máy bay biểu diễn lượn trên một quỹ đao tròn bán kính R = 500m với vận tốc không đổi 540km/h .Tính tốc độ góc và gia tốc hướng tâm của máy bay?

...

---(Nội dung đầy đủ và chi tiết của tài liệu, các em vui lòng xem tại online hoặc tải về)---

Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu Phương pháp Tính lực hướng tâm 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.