Lý thuyết Vật lý 10 bài 21: Động lực học của chuyển động tròn - Lực hướng tâm CTST

Sách Chân trời sáng tạo

Chúng tôi xin giới thiệu bài Lý thuyết Vật lý lớp 10 bài 21: Động lực học của chuyển động tròn - Lực hướng tâm được VnDoc sưu tầm và tổng hợp các câu hỏi lí thuyết và trắc nghiệm có đáp án đi kèm nằm trong chương trình giảng dạy môn Vật lý lớp 10 sách chân trời sáng tạo. Mời quý thầy cô cùng các bạn tham khảo tài liệu dưới đây.

Bài 21: Động lực học của chuyển động tròn - Lực hướng tâm

A. Lý thuyết Vật lý 10 bài 21
- 1.1. Lực hướng tâm
- 2. Ứng dụng trong thực tế của chuyển động tròn
B. Bài tập minh họa
C. Trắc nghiệm Vật lý 10 bài 21

A. Lý thuyết Vật lý 10 bài 21

1.1. Lực hướng tâm

- Mối liên hệ giữa gia tốc ${\vec a}$ ${\vec a}$ của một chuyển động và lực tác dụng ${\vec F}$ ${\vec F}$ được thiết lập bởi định luật II Newton. Theo định luật này, khi một chất điểm có khối lượng m chuyển động tròn đều với gia tốc hướng tâm ${{\vec a}_{ht}}$ ${{\vec a}_{ht}}$ ta có:

${{\vec F}_{ht}} = m.{{\vec a}_{ht}}$ ${{\vec F}_{ht}} = m.{{\vec a}_{ht}}$

Trong đó, ${{\vec F}_{ht}}$ ${{\vec F}_{ht}}$ là hợp lực tác dụng lên vật

${{\vec F}_{ht}}$ ${{\vec F}_{ht}}$ có phương dọc theo bán kính, chiều hướng vào tâm quỹ đạo và được gọi là lực hướng tâm có độ lớn không đổi, bằng:

${F_{ht}} = m.{a_{ht}} = m.\frac{{{v^2}}}{R} = m.{\omega ^2}.R$ ${F_{ht}} = m.{a_{ht}} = m.\frac{{{v^2}}}{R} = m.{\omega ^2}.R$

- Điều kiện để một vật có thể chuyển động tròn đều: hợp lực tác dụng lên vật phải hướng vào tâm của quỹ đạo của vật. Hợp lực này là lực hướng tâm. Lực hấp dẫn đóng vai trò lực hướng tâm

2. Ứng dụng trong thực tế của chuyển động tròn

a. Trường hợp xe chạy theo đường vòng cung trên mặt đường ngang

Trong trường hợp này, lực ma sát đóng vai trò lực hướng tâm, có tác dụng giúp xe chạy vòng theo cung tròn.

b. Trường hợp xe chạy theo đường vòng cung có mặt đường nghiêng

Trong trường hợp này, hợp lực hướng vào tâm đường tròn và đóng vai trò lực hướng tâm, bảo đảm cho xe chạy vòng theo quỹ đạo tròn. Dù vậy tốc độ của xe cũng bị giới hạn để xe không bị trượt ra khỏi cung tròn

B. Bài tập minh họa

Bài tập 1: Nêu các đặc điểm của lực hướng tâm?

Hướng dẫn giải:

Điều kiện để vật chuyển động tròn đều là hợp lực tác dụng lên vật phải hướng vào tâm của quỹ đạo của vật, hợp lực này là lực hướng tâm.

+ có phương dọc theo bán kính, chiều hướng vào tâm quỹ đạo

+ có độ lớn không đổi bằng ${F_{ht}} = m.{a_{ht}} = m.\frac{{{\nu ^2}}}{R} = m.{\omega ^2}.R$ ${F_{ht}} = m.{a_{ht}} = m.\frac{{{\nu ^2}}}{R} = m.{\omega ^2}.R$

Bài tập 2: Một vệ tinh nhân tạo có khối lượng 100 kg, được phóng lên quỹ đạo quanh Trái Đất ở độ cao 153 km. Chu kì của vệ tinh là 5.10³s và bán kính của Trái Đất là R = 6400 km. Tính lực hướng tâm tác dụng lên vệ tinh?

Hướng dẫn giải:

Tốc độ góc của vệ tinh là $\omega = \frac{{2.\pi }}{T} = \frac{{2.\pi }}{{{{5.10}^3}}} (rad)$ $\omega = \frac{{2.\pi }}{T} = \frac{{2.\pi }}{{{{5.10}^3}}} (rad)$

Tính lực hướng tâm tác dụng lên vệ tinh:

${F_{ht}} = m.{a_{ht}} = m.{\omega ^2}.\left( {R + h} \right)$ ${F_{ht}} = m.{a_{ht}} = m.{\omega ^2}.\left( {R + h} \right)$

$= 100.{\left( {\frac{{2.\pi }}{{{{5.10}^3}}}} \right)^2}.(6400 + 153).1000 = 1035N$ $= 100.{\left( {\frac{{2.\pi }}{{{{5.10}^3}}}} \right)^2}.(6400 + 153).1000 = 1035N$

Bài tập 3: Một vật đặt trên một cái bàn quay, nếu hệ số ma sát giữa vật và mặt bàn là 0,25 và vận tốc góc của mặt bàn là 3 rad/s thì phải đặt vật trên mặt bàn, trong phạm vi một hình tròn có tâm nằm trên trục quay, bán kính bao nhiêu để nó không bị trượt đi.

Hướng dẫn giải:

Khi bàn quay tốc độ giới hạn để vật không bị văng khỏi quỹ đạo là

$\nu = \sqrt {\mu .g.R}$ $\nu = \sqrt {\mu .g.R}$

$\Rightarrow R.\omega = \sqrt {\mu .g.R}$ $\Rightarrow R.\omega = \sqrt {\mu .g.R}$

$\Rightarrow {R^2}.{\omega ^2} = \mu .g.R$ $\Rightarrow {R^2}.{\omega ^2} = \mu .g.R$

$\Rightarrow R = \frac{{\mu .g}}{{{\omega ^2}}} = \frac{{0,25.10}}{{{3^2}}} = 0,277(m)$ $\Rightarrow R = \frac{{\mu .g}}{{{\omega ^2}}} = \frac{{0,25.10}}{{{3^2}}} = 0,277(m)$