Lý thuyết Vật lý 10 bài 31 KNTT

Động học của chuyển động tròn đều

Lý thuyết Vật lý lớp 10 bài 31: Động học của chuyển động tròn đều 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 Kết nối tri thức. Mời quý thầy cô cùng các bạn tham khảo tài liệu dưới đây.

A. Lý thuyết Vật lý 10 bài 31

1. Mô tả chuyển động tròn

- Trong cuộc sống hằng ngày ta gặp nhiều vật chuyển động tròn như: bánh xe ô tô,bánh xe đạp, kim đồng hồ, đu quay,...

- Để xác định vị trí của vật chuyển động tròn ta có thể dựa vào quãng đường đi s (độ dài cung tròn) hoặc độ dịch chuyển góc $\theta$ $\theta$ tính từ vị trí ban đầu.

- Khi vật chuyển động tròn trong thời gian t từ A đến B thì độ dịch chuyển góc của vật trong thời gian này là góc ở tâm $\theta$ $\theta$ chắn cung AB có độ dài s bằng quãng đường đi được cũng trong thời gian đó (Hình 31.1).

Hình 31.1. Quãng đường s và độ dịch chuyển góc $\theta$ $\theta$

- Trong Toán học, ta đã biết mối quan hệ giữa độ dài cùng với góc chắn tâm và bán kính đường tròn: $\theta = \frac{s}{r}$ $\theta = \frac{s}{r}$ (31.1)

- Trong Vật lí người ta thường đo góc theo đơn vị radian (kí hiệu rad). Có thể dễ dàng chuyển đổi vị độ sang rad. Ví dụ, khi vật chuyển động được 1 vòng tròn, ta có:

$\theta = \frac{{2.\pi .r}}{r} = 2.\pi$ $\theta = \frac{{2.\pi .r}}{r} = 2.\pi$

- Do đó: 360° = $2.\pi$ $2.\pi$ rad

- Tương tự, ta có: 180° = $2.\pi$ $2.\pi$rad.

- Chuyển động của một vật theo quỹ đạo tròn với tốc độ không đổi gọi là chuyển động tròn đều.

- Một radian là góc ở tâm chắn cung có độ dài bằng bán kính đường tròn.

2. Chuyển động tròn đều. Tốc độ và tốc độ góc

a. Tốc độ

- Trong chuyển động tròn, để đặc trưng cho sự nhanh hay chậm ta cũng dùng khái niệm tốc độ như trong chuyển động thẳng.

- Chuyển động tròn đều là chuyển động theo quỹ đạo tròn có tốc độ không thay đổi:

$v = \frac{s}{t}$ $v = \frac{s}{t}$= hằng số (31.2)

b. Tốc độ góc

- Tốc độ góc trong chuyển động tròn đều bằng độ dịch chuyển góc chia cho thời gian dịch chuyển.

$\omega = \frac{\theta }{t}$ $\omega = \frac{\theta }{t}$ (31.3)

- Đơn vị thường dùng của tốc độ góc là rad/s.

- Từ công thức (31.1) và (31.2), suy ra: $v = \omega .r$ $v = \omega .r$ (31.4)

với $\omega$ $\omega$ là tốc độ góc có đơn vị là (rad/s).

- Tốc độ, tốc độ góc và bán kính quỹ đạo liên hệ với nhau theo công thức: $v = \omega .r$ $v = \omega .r$

3. Vận tốc trong chuyển động tròn đều

- Ta đã biết trong chuyển động thẳng vận tốc tức thời $\overrightarrow v$ $\overrightarrow v$ tại một thời điểm cho bởi:

$\overrightarrow v = \frac{{\Delta \overrightarrow d }}{{\Delta t}}$ $\overrightarrow v = \frac{{\Delta \overrightarrow d }}{{\Delta t}}$

- Khi ${\Delta t}$ ${\Delta t}$ rất nhỏ, vectơ độ dịch chuyển ${\Delta \overrightarrow d }$ ${\Delta \overrightarrow d }$sẽ tiến tới trùng với tiếp tuyến với đường tròn. Do đó, tại mỗi thời điểm vectơ vận tốc tức thời sẽ có phương trùng với tiếp tuyến của đường tròn (Hình 31.2).

Hình 31.2. Vectơ vận tốc trong chuyển động tròn

- Trong chuyển động tròn đều, độ lớn của vận tốc tức thời không đổi nhưng hướng luôn thay đổi.

Trong chuyển động tròn đều, độ lớn vận tốc không đổi những hướng luôn thay đổi.

B. Bài tập minh họa

Bài 1: Khi xe mô tô đua vào khúc cua thì có những bộ phận nào của xe chuyển động tròn?

Hướng dẫn giải

Khi xe mô tô đua vào khúc cua thì bộ phận của xe chuyển động tròn là: bánh xe.

Bài 2: Một đĩa quay đều quanh trục qua tâm O, với vận tốc qua tâm là 300 vòng/ phút.

a. Tính tốc độ góc, chu kì.

b. Tính tốc độ dài, gia tốc hướng tâm của 1 điểm trên đĩa cách tâm 10 cm, lấy g = 10 m/s².

Hướng dẫn giải

f = 300 vòng/phút = 5 vòng/s

a. Tốc độ góc và chu kì của vật lần lượt là:

ω = 2π.f = 10π rad/s

$T = \frac{1}{f} = 0,2s$ $T = \frac{1}{f} = 0,2s$

b. Tốc độ góc là v = r. ω = 3,14 m/s

Gia tốc hướng tâm: ${a_{ht}} = \frac{{{v^2}}}{r} = 98,7m/{s^2}$ ${a_{ht}} = \frac{{{v^2}}}{r} = 98,7m/{s^2}$

Bài 3: Trong 1 máy gia tốc e chuyển động trên quỹ đạo tròn có R = 1 m. Thời gian e quay hết 5 vòng là 5.10^-7 s. Hãy tính tốc độ góc, tốc độ dài, gia tốc hướng tâm của e.

Hướng dẫn giải

$T = \frac{t}{N} = {10^{ - 7}}s$ $T = \frac{t}{N} = {10^{ - 7}}s$ suy ra tốc độ góc của vật là $\omega = \frac{{2\pi }}{T} = 2\pi {.10^{ - 7}}$ $\omega = \frac{{2\pi }}{T} = 2\pi {.10^{ - 7}}$ rad/s

Tốc độ dài và gia tốc hướng tâm của vật lần lượt là:

v = r. ω = 2π.10⁷ m/s

${a_{ht}} = \frac{{{v^2}}}{r} = 3,{95.10^{15}}m/{s^2}$ ${a_{ht}} = \frac{{{v^2}}}{r} = 3,{95.10^{15}}m/{s^2}$