Lý thuyết Động học của chuyển động tròn đều (Kết nối tri thức 2024) Vật lí 10

Lý thuyết Vật Lí lớp 10 Bài 31: Động học của chuyển động tròn đều

A. Lý thuyết Động học của chuyển động tròn đều

I. Mô tả chuyển động tròn

- Trong cuộc sống, ta có thể bắt gặp nhiều vật chuyển động tròn như: cánh quạt, kim đồng hồ, chiếc ghế của đu quay,…

Khi cánh quạt chuyển động, mọi điểm trên cánh quạt đều chuyển động tròn

Khi kim đồng hồ đang chạy, các điểm trên kim đồng hồ đều chuyển động tròn

Khi vòng đu quay đang hoạt động, các ghế ngồi trên đu quay chuyển động tròn.

- 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 $\mathrm{\theta }$ 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 $\mathrm{\theta }$ chắn cung AB có độ dài s bằng quãng đường đi được trong thời gian đó.

Quãng đường s và độ dịch chuyển $\mathrm{\theta }$

- Mối quan hệ giữa độ dài cung với góc chắn ở tâm và bán kính đường tròn là:

$\mathrm{\theta }=\frac{\mathrm{s}}{\mathrm{r}}$

- Trong Vật lí, người ta dùng đơn vị góc là rađian (rad). Ta có thể dễ dàng chuyển đơn vị độ sang rad. Khi vật chuyển động được 1 vòng tròn, ta có

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

Do đó ${360}^{\mathrm{o}}=2.\mathrm{\pi }\left(\mathrm{rad}\right)$, tương tự ${180}^{\mathrm{o}}=\mathrm{\pi }\left(\mathrm{rad}\right)$

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

1. 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.

$\mathrm{v}=\frac{\mathrm{s}}{\mathrm{t}}\text{ (1)}$

2. Tốc độ góc

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

$\mathrm{\omega }=\frac{\mathrm{\theta }}{\mathrm{t}}\text{ (2)}$

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

Từ (1) và (2) suy ra $\mathrm{v}=\mathrm{\omega }.\mathrm{r}$

III. Vận tốc trong chuyển động tròn đều

- Tại mỗi thời điểm vectơ vận tốc tức thời sẽ có phương trùng với tiếp tuyến của đường tròn.

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.

B. Trắc nghiệm Động học của chuyển động tròn đều

Câu 1: Một đĩa tròn bán kính 60 cm, quay đều với chu kì là 0,02 s. Tìm tốc độ của một điểm nằm trên vành đĩa.

A. 188,4 m/s.

B. 200 m/s.

C. 150 m/s.

D. 160 m/s.

Câu 2: Phương của vectơ vận tốc của chuyển động tròn đều

A. trùng với tiếp tuyến của đường tròn quỹ đạo.

B. trùng với bán kính của đường tròn quỹ đạo.

C. vuông góc với bán kính của đường tròn quỹ đạo.

D. cả A và C.

Câu 3: Công thức tốc độ; tốc độ góc trong chuyển động tròn đều và mối liên hệ giữa chúng là

A. $v=\frac{s}{t};\phi =\frac{\theta }{t};v=r.\omega$

B. $v=\frac{\theta }{t};\phi =\frac{s}{t};\varpi =v.r$

C. $v=\frac{s}{t};\phi =\frac{\theta }{t};\omega =v.r$

D. $v=\frac{\theta }{t};\phi =\frac{s}{t};v=r.\omega$

Câu 4: Một bánh xe quay đều 100 vòng trong thời gian 2 s. Hãy xác định chu kì, tần số của chuyển động trên.

A. 0,02 s; 50 Hz.

B. 0,2 s; 5 Hz.

C. 0,02 s; 40 Hz.

D. 0,2 s; 40 Hz.

Câu 5: Một kim đồng hồ treo tường có kim phút dài 10 cm. Cho rằng kim quay đều. Tính tốc độ góc và tốc độ của điểm đầu kim phút.

A. 1,74 .10-5 rad/s ; 1,74 .10-4 m/s.

B. 1,74 rad/s; 1,74 .10-5 m/s.

C. 1,74 .10-3 rad/s; 1,74 m/s.

D. 1,74 rad/s; 1,74 m/s.

Câu 6: Một kim đồng hồ treo tường có kim giờ dài 8 cm. Cho rằng kim quay đều. Tính tốc độ và tốc độ góc của điểm đầu kim giờ.

A. 1,45.10-4 rad/s; 1,16.10-5 m/s.

B. 1,45 rad/s ; 1,16.10-5 m/s

C. 1,45.10-4 rad/s ; 1,16 m/s.

D. 1,45 rad/s; 1,16 m/s.