Lý thuyết Lực hướng tâm (hay, chi tiết nhất)

Bài viết Lý thuyết Lực hướng tâm hay, chi tiết giúp bạn nắm vững kiến thức trọng tâm Lực hướng tâm.

Bài giảng: Bài 14: Lực hướng tâm - Cô Nguyễn Quyên (Giáo viên VietJack)

1. Lực hướng tâm

a) Định nghĩa

Lực (hay hợp lực của các lực) tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm.

b) Công thức

Vật Lí lớp 10 | Chuyên đề: Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 10 có đáp án

Trong đó: F_ht là lực hướng tâm (N)

m là khối lượng của vật (kg)

a_ht là gia tốc hướng tâm (m/s²)

v là tốc độ dài của vật chuyển động tròn đều (m/s)

r là bán kính quỹ đạo tròn (m)

ω là tốc độ góc của vật chuyển động tròn đều (rad/s

c) Ví dụ

- Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh nhân tạo đóng vài trò lực hướng tâm, giữ cho vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất.

- Đặt một vật trên bàn quay, lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động tròn.

- Đường ô tô và đường sắt ở những đoạn cong phải làm nghiêng về phía tâm cong để hợp lực giữa trọng lực và phản lực của mặt đường tạo ra lực hướng tâm giữ cho xe, tàu chuyển động dễ dàng trên quỹ đạo.

⇒ Lực hướng tâm không phải là một loại lực mới, mà chỉ là một trong các lực đã học hay hợp lực của các lực đó. Nó gây ra gia tốc hướng tâm nên gọi là lực hướng tâm.

Hợp lực của trọng lực và lực căng dây đóng vai trò là lực hướng tâm giữ cho quả cầu chuyển động được.

Lực đàn hồi đóng vai trò là lực hướng tâm

1. Định nghĩa

Chuyển động li tâm là chuyển động lệch ra khỏi quỹ đạo tròn theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo của vật.

2. Ứng dụng

Máy vắt li tâm (trong máy giặt): Khi cho máy quay nhanh, lực liên kết giữa nước và vải không đủ lớn để đóng vài trò là lực hướng tâm. Khi đó nước tách ra khỏi vải thành giọt và bắn ra ngoài theo lỗ lưới.

Tương tự các rổ thường dùng có nhiều lỗ nhỏ để tách nước ra khỏi vật bị ướt

3. Tác hại

Xe qua chỗ rẽ mà chạy nhanh quá sẽ bị trượt li tâm dễ gây tai nạn.

Vì vậy để tránh gây tai nạn, thường lắp các biển báo xe đi chậm hay những đoạn đường cong phải được làm nghiêng về phía tâm cong...

Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1: Bán kính Trái Đất là 6 400 km. Tính tốc độ dài, chu kỳ quay, độ lớn lực hấp dẫn tác dụng lên vệ tinh khối lượng 600 kg chuyển động tròn đều quanh trái đất ở độ cao bằng bán kính trái đất, lấy g = 9,8m/s².

Hướng dẫn giải

Lực hấp dẫn đóng vai trò lực hướng tâm: $F_{h d} = F_{h t} \Rightarrow \frac{G M m}{r^{2}} = m \frac{v^{2}}{r}$

Ta có: $g = \frac{G M}{R^{2}} \Rightarrow G M = g R^{2}$

$\Rightarrow v^{2} = \frac{G M}{r} = \frac{g R^{2}}{r} \Rightarrow v = 5600 m / s$

Chu kì: $T = \frac{2 πr}{v} = 14354, 3 s$

$F_{h d} = F_{h t} = m \frac{v^{2}}{r} = 1500 N$

Ví dụ 2: Một vật khối lượng 200 g đặt trên mặt bàn quay và cách trục quay 40 cm. Khi bàn quay với tốc độ 72 vòng/min thì vật vẫn nằm yên so với bàn. Tính độ lớn lực ma sát nghỉ của bàn tác dụng lên vật.

Hướng dẫn giải

Đổi đơn vị m = 0,2kg; r = 0,4m; ω = 2,4π(rad/s)

Độ lớn lực ma sát nghỉ là: $F_{h d} = F_{h t} = m ω^{2} r = 4, 55 N$

Bài tập bổ sung

Bài 1: Tính áp lực của ô tô 4 tấn đi qua điểm giữa cầu với tốc độ 72 km/h, lấy g = 10m/s². Trong các trường hợp sau:

a) cầu phẳng.

b) cầu cong lồi bán kính 100 m.

c) cầu cong lõm bán kính 200 m.

Bài 2: Vật 400 g buộc vào sợi dây không dãn người ta quay tròn vật trong mặt phẳng thẳng đứng. Dây dài 50 cm, tốc độ góc 8 rad/s. Tính lực căng của sợi dây ở điểm cao nhất và điểm thấp nhất của quỹ đạo, lấy g = 10m/s².

Bài 3: Vật khối lượng 500 g treo vào sợi dây không giãn dài 50 cm, chuyển động tròn đều trong mặt phẳng ngang biết sợi dây hợp với phương thẳng đứng góc 30^o. Lấy g = 10m/s², tính tốc độ góc, tốc độ dài của vật và sức căng của sợi dây.

Bài 4: Vật khối lượng 500 g treo vào sợi dây không giãn dài 2 m, chuyển động tròn đều trong mặt phẳng ngang với tốc độ 30 vòng/phút. Lấy g = 10m/s².

a. Tính góc hợp bởi phương thẳng đứng và sợi dây?

b. Tính sức căng của sợi dây.

Bài 5: Mặt trăng quay 13 vòng quanh trái đất trong 1 năm. khoảng cách giũa trái đất và mặt trời gấp 390 lần khoảng cách giũa trái đất và mặt trăng. Tính tỉ số khối lượng của mặt trời và trái đất?

Bài 6: Người đi xe đạp khối lượng tổng cộng 60 kg trên vòng xiếc bán kính 6,4 m 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.

Bài 7: Đoàn tàu chạy qua đường vòng bán kính 560 m. Đường sắt rộng 1,4 m và đường ray ngoài cao hơn đường ray trong 10 cm. Tàu phải chạy với vận tốc bao nhiêu để gờ bánh không nén lên thành ray. Biết với α nhỏ tan α ≈ sin α.

Bài 8: Quả cầu m = 50 g treo ở đầu A của dây OA dài L = 90 cm. Quay cho qủa cầu chuyển động tròn trong mặt phẳng thẳng đứng quanh tâm tâm O. Tìm lực căng của dây khi A ở vị trí thấp hơn O biết OA hợp với phương thẳng đứng góc 60^o và vận tốc của quả cầu là 3 m/s.

Bài 9: Vật khối lượng 0,1 kg quay trong mặt phẳng thẳng đứng nhờ một dây treo có chiều dài 1 m, trục quay cách sàn H = 2 m. Khi vật qua vị trí thấp nhất, dây treo đứt và rơi xuống sàn ở vị trí cách điểm đứt L = 4 m theo phương ngang. Tìm lực căng của dây ngay khi dây sắp đứt.

Bài 10: Một người dùng dây OA = 1,2 m buộc vào một hòn đá tại A và quay tròn trong mặt phẳng thẳng đứng quanh tâm O. Khi dây bị đứt, hòn đá bay thẳng đứng lên trên, và tại lúc sắp đứt gia tốc toàn phần của hòn đá nghiêng góc α = 45^o với phương thẳng đứng. Hòn đá lên được độ cao nhất bằng bao nhiêu kể từ vị trí dây bị đứt.

Các bài Lý thuyết Vật Lí lớp 10 đầy đủ, chi tiết khác:

Lời giải bài tập lớp 10 sách mới:

Trang trước Trang sau

dong-luc-hoc-chat-diem.jsp

Giải bài tập lớp 10 sách mới các môn học