Vật Lý 10 KNTT Bài 31: Động học của chuyển động tròn đều

- 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 \(\theta \) tính từ vị trí ban đầu.

- Khi vật chuyển động tròn trong thời giant từ A đến B thì độ dịch chuyển góc của vật trong thời gian này là góc ở tâm \(\theta \) 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 \(\theta \)

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

\(\theta  = \frac{{2.\pi .r}}{r} = 2.\pi \)

- Do đó: 360° = \(2.\pi \) rad

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

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:

\(v = \frac{s}{t}\) = 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.

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

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

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

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

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

\(\overrightarrow v  = \frac{{\Delta \overrightarrow d }}{{\Delta t}}\)

- Khi \({\Delta t}\) rất nhỏ, vectơ độ dịch chuyển \({\Delta \overrightarrow d }\) 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 nhung hướng luôn thay đổi.

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

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

b. Tốc độ góc là v = r. ω = 3,14 m/s

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

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

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

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

v = r. ω = 2π.10⁷ m/s

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

Sau bài học này, học sinh có thể:

- Biểu diễn được độ dịch chuyển góc theo radian. 

- Vận dụng khái niệm tốc độ góc để giải được một số bài tập liên quan.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật Lý 10 KNTT Bài 31 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Công thức nào sau đây biểu diễn không đúng quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng của một vật chuyển động tròn đều?

  • A. \( f = \frac{{2\pi r}}{v}\)
  • B. \( T = \frac{{2\pi r}}{v}\)
  • C. \( v = \omega r\)
  • D. \( \omega = \frac{{2\pi }}{T}\)

• Câu 2:

  Chuyển động của vật nào dưới đây được coi là chuyển động tròn đều?

  • A.

    Chuyển động quay của bánh xe ô tô khi đang hãm phanh.

  • B.

    Chuyển động quay của kim phút trên mặt đồng hồ chạy đúng giờ.

  • C.

    Chuyển động quay của của điểm treo các ghế ngồi trên chiếc đu quay.

  • D.

    Chuyển động quay của cánh quạt khi vừa tắt điện.

• Câu 3:

  Chuyển động tròn đều có

  • A. vectơ vận tốc không đổi.
  • B. tốc độ dài phụ thuộc vào bán kính quỹ đạo.
  • C. tốc độ góc phụ thuộc vào bánh kính quỹ đạo.
  • D. gia tốc có độ lớn phụ thuộc vào bán kính quỹ đạo.

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!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật Lý 10 KNTT Bài 31 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Giải câu hỏi 1 trang 120 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 2 trang 120 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 3 trang 120 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 1 trang 121 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 2 trang 121 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 3 trang 121 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 4 trang 121 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 5 trang 121 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 1 trang 122 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 2 trang 122 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 3 trang 122 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 31.1 trang 59 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 31.2 trang 59 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 31.3 trang 59 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 31.4 trang 59 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 31.5 trang 60 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 31.6 trang 60 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 31.7 trang 60 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 31.8 trang 60 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 31.9 trang 60 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 31.10 trang 60 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

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!