Chuyên đề Môn vật lý lớp 10 Lực hướng tâm

Lop10.2.6 Chuyên đề Lực hướng tâm I. Lực hướng tâm. 1. Định nghĩa. Lực (hay hợp lực của các lực) giữ cho vật chuyển động tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm.

** Lưu ý: Lực hướng tâm không phải là một loại lực mới mà là một lực hoặc hợp lực của các lực tác dụng vào vật, giữ cho vật chuyển động tròn đều 2. Công thức.

Fht = maht = r mv 2

= m2r

Trong đó:

F ht là lực hướng tâm (N) m là khối lượng của vật (kg) aht 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)

là tốc độ góc của vật chuyển động tròn đều (rad/s)  3. Ví dụ. + Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh nhân tạo đóng vai 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 ôtô và đường sắt ở những đoạn cong phải làm nghiên 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. + Vật buộc vào sợi dây, cầm đầu kia của sợi dây quay: *Vật CĐ tròn theo mặt phẳng ngang chứa tâm quay, sức căng của dây đóng vai trò lực hướng tâm. * Các trường hợp khác: Lực tổng hợp giữa sức căng của dây và trọng lực đóng vai trò lực hướng tâm. + Nếu lực hướng tâm không đủ giữ cho vật chuyển động tròn vật sẽ bị văng theo phương tiếp tuyến  chuyển động li tâm. 4- Bài tập:

Dạng 1: Bài tập động học về lực hướng tâm + Cách giải:

- Sử dụng công thức tính lực hướng tâm :

2

2 . . . ht ht

mv F m a m r r    

- Công thức tính gia tốc:

2

2 . ht

v a r r   

- Công thức tính tần số: 1

2 f T



  

- Công thức tính chu kì: 1 2 T f

   

- Để vật không bị trượt ra khỏi bàn: ht ms F F  + Bài tập thí dụ: Ví dụ 1 Một vật có m = 200g chuyển động tròn đều trên đường tròn có r = 20cm, tốc độ dài 2m/s. Tính lực hướng tâm. Hướng dẫn giải:

2 2 0,2.2 4( ) 0,2 ht

mv F N r   

ThuVienDeThi.com

Ví dụ 2 Một vật có m = 500g chuyển động tròn đều trên đường tròn có r = 10cm. Lực hướng tâm tác dụng lên vật 5N. Tính tốc độ góc của vật. Hướng dẫn giải:

 2 . . ht F m r   5 10( / ) . 0,5.0,1

ht F rad s m r   

Ví dụ 3 Một vật có m = 500g chuyển động theo vòng tròn bán kính 0,5m dưới tác dụng của lực hướng tâm là 4N. a)Tính vận tốc dài của vật. b) Chu kỳ quay và tần số quay. Hướng dẫn giải:

a)

2 . 4.0,5 2( / ) 0,5 ht

mv F r F v m s r m     

b) ; 2 4( / ) 0,5 v rad s r    2 2 ( ) 2 f f Hz         

Ví dụ 4 Một vật có m = 200g chuyển động tròn đều trên đường tròn có bán kính 50cm, tốc độ 2vòng/s. Tính lực hướng tâm tác dụng lên vật. Hướng dẫn giải:

2 . 12,56 / 2 f f rad s        

2. 15,8 ht F m r N    Dạng 2: Bài tập động lực học về lực hướng tâm +Cách giải: -Bước 1: Xác định véc tơ lực hướng tâm: Vẽ hình , Tìm tất cả các lực tác dụng vào vật chuyển động tròn, Tổng hợp các lực đó theo phương bán kính hướng vào tâm (Tổng hợp véc tơ hay dùng phương pháp chiếu) đó là lực hướng tâm. -Bước 2: Viết biểu thức tính độ lớn lực hướng tâm theo m và aht

- Bước 3: Đồng nhất biểu thức lực và biểu thức độ lớn tìm ẩn số. - Bước 4 : Biện luận (nếu có) + Bài tập thí dụ: Ví dụ 5 Đặt vật có m = 1kg lên trên một bàn tròn có r = 50cm. Khi bàn quay đều quanh một trục thẳng đứng qua tâm bàn thì vật quay đều theo bàn với v = 0,8m/s. Vật cách rìa bàn 10cm. Lực ma sát nghỉ giữa vật và bàn là bao nhiêu?. Hướng dẫn giải: Có 3 lực tác dụng lên vật: , , msN P N f

 

2

ht

mv F r 

Lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm

2

1,6 msN ht

mv f F N r   

Ví dụ 6 Một xe có khối lương 1600 kg chuyển động trên một đường phẳng, tròn có bán kính r = 100m vói vận tốc không đổi 72 km/h. Hỏi giá trị của hệ số ma sát giữa lốp xe và mặt đường ít nhất phải bằng bao nhiêu để xe không trượt. Lấy g = 9,8m/s2 Hướng dẫn giải:

+Lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm

2 2 2 20 0,408 100.9,8 v v N P m R Rg         

Ví dụ 7 Một ôtô m = 2tấn chuyển động với v = 57,6km/h, …