Lực hướng tâm là gì? Lực hướng tâm có phương, chiều và độ lớn như thế nào? Trong thực tế chuyển động tròn được ứng dụng như thế nào? Cùng HOC247 trả lời các câu hỏi này qua nội dung của Bài 21: Động lực học của chuyển động tròn - Lực hướng tâm Chương 8 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo. Mời các em cùng tham khảo!
Tóm tắt lý thuyết
1.1. Lực hướng tâm
- Mối liên hệ giữa gia tốc \({\vec a}\) của một chuyển động và lực tác dụng \({\vec F}\) 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 \({{\vec a}_{ht}}\), ta có:
\({{\vec F}_{ht}} = m.{{\vec a}_{ht}}\)
Trong đó, \({{\vec F}_{ht}}\) là hợp lực tác dụng lên vật
|
\({{\vec F}_{ht}}\) 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: \({F_{ht}} = m.{a_{ht}} = m.\frac{{{v^2}}}{R} = m.{\omega ^2}.R\) |
|---|
- 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
.jpg)
1.2. 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
Xe chạy vào đoạn đường cong các trường hợp:
a) chạy trên đường đèo
b) chạy trong trường đua với tốc độ cao
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 \({F_{ht}} = m.{a_{ht}} = m.\frac{{{\nu ^2}}}{R} = m.{\omega ^2}.R\)
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/s)
Tính lực hướng tâm tác dụng lên vệ tinh:
\({F_{ht}} = m.{a_{ht}} = m.{\omega ^2}.\left( {R + h} \right)\)
\(= 100.{\left( {\frac{{2.\pi }}{{{{5.10}^3}}}} \right)^2}.(6400 + 153).1000 = 1035N\)
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
\(\nu = \sqrt {\mu .g.R} \)
\(\Rightarrow R.\omega = \sqrt {\mu .g.R} \)
\(\Rightarrow {R^2}.{\omega ^2} = \mu .g.R\)
\(\Rightarrow R = \frac{{\mu .g}}{{{\omega ^2}}} = \frac{{0,25.10}}{{{3^2}}} = 0,277(m)\)
Luyện tập Bài 21 Vật Lý 10 CTST
Sau bài học này, học sinh sẽ nắm được:
- Khái niệm lực hướng tâm
- Chuyển động tròn đều
3.1. Trắc nghiệm Bài 21 môn Vật Lý 10 CTST
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo Chương 8 Bài 21 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!
3.2. Bài tập SGK Bài 21 môn Vật Lý 10 CTST
Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo Chương 8 Bài 21 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.
Mở đầu trang 131 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Câu hỏi thảo luận 1 trang 132 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Luyện tập trang 132 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Câu hỏi thảo luận 2 trang 132 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Luyện tập trang 133 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Vận dụng trang 133 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập 1 trang 134 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập 2 trang 134 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập 3 trang 134 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập trắc nghiệm 21.1 trang 71 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập trắc nghiệm 21.2 trang 71 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập trắc nghiệm 21.3 trang 71 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập trắc nghiệm 21.4 trang 71 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập tự luận 21.1 trang 72 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập tự luận 21.2 trang 72 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập tự luận 21.3 trang 72 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập tự luận 21.4 trang 73 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập tự luận 21.5 trang 73 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Hỏi đáp Bài 21 Vật Lý 10 CTST
Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!
Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!
-- Mod Vật Lý 10 HỌC247
