Lý thuyết Lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm (Kết nối tri thức 2024) Vật lí 10

Lý thuyết Vật Lí lớp 10 Bài 32: Lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm

A. Lý thuyết Lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm

I. Lực hướng tâm

- Lực (hay hợp lực) tác dụng lên vật chuyển động tròn đều hướng vào tâm quỹ đạo gọi là lực hướng tâm.

Ví dụ về lực hướng tâm

- 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 lên bàn và bắt đầu quay tròn đều, với vận tốc quay vừa đủ vật vẫn nằm im trên bàn nhờ lực ma sát nghỉ => lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm.

II. Gia tốc hướng tâm

- Trong chuyển động tròn đều, lực hướng tâm gây gia tốc hướng vào tâm nên gia tốc này được gọi là gia tốc hướng tâm, kí hiệu là ${\mathrm{a}}_{\mathrm{ht}}$

${\mathrm{a}}_{\mathrm{ht}}=\frac{{\mathrm{v}}^2}{\mathrm{r}}={\mathrm{\omega }}^2.\mathrm{r}$

Biểu diễn vecto gia tốc hướng tâm

III. Công thức độ lớn lực hướng tâm

Theo định luật 2 Newton và công thức tính gia tốc hướng tâm, ta có

${\text{F}}_{\text{ht}}{\text{ = m.a}}_{\text{ht}}\text{ = }\frac{{\text{m.v}}^{\text{2}}}{\text{r}}{\text{ = m.ω}}^{\text{2}}\text{.r}$

Lực hướng tâm có thể là một lực hoặc hợp lực của các lực khác

B. Trắc nghiệm Lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm

Câu 1: Một xe đua chạy quanh một đường tròn nằm ngang, bán kính 250 m. Vận tốc xe không đổi có độ lớn là 50 m/s. Khối lượng xe là <![if !vml]><![endif]>. Độ lớn của lực hướng tâm của chiếc xe là:

A. 10 N.

B. 4.102 N.

C. 4.103 N.

D. 2.104 N.

Đáp án đúng là: D.

Ta có: $F_{ht}=m.a_{ht}=m.\frac{v^2}{r}=2.{10}^3.\frac{{50}^2}{250}=2.{10}^{4}N$

Câu 2: Công thức tính gia tốc hướng tâm?

A. $a_{ht}=\frac{v^2}{r}$

B. $a_{ht}=\frac{v}{r}$.

C. $a_{ht}=r.{\omega }^2$

D. Cả A và C.

Câu 3: Chọn đáp án sai. Công thức tính độ lớn lực hướng tâm?

A. $F_{ht}=m.a_{ht}$.

B. $F_{ht}=m.\frac{v^2}{r}$

C. $F_{ht}=mr{\omega }^2$

D. $F_{ht}=r{\omega }^2$

Câu 4: Một ôtô có khối lượng 1200 kg chuyển động đều qua một đoạn cầu vồng lên (coi là cung tròn) với tốc độ là 36 km/h. Biết bán kính cong của đoạn cầu là 50 m. Lấy g = 10 m/s2. Áp lực của ôtô vào mặt đường tại điểm cao nhất?

A. 11950 N.

B. 11760 N.

C. 1410 N.

Đáp án đúng là: D.

Đổi 36 km/h = 10 m/s

Khi ôtô chuyển động đến vị trí cao nhất trên mặt cầu vồng lên:

$\overrightarrow{F_{ht}}=m.\overrightarrow{a_{ht}}=\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}$

Chiếu lên chiều dương hướng vào tâm quỹ đạo ta có:

N = P - $F_{ht}=mg-m{a}_{ht}=mg-m.\frac{v^2}{r}$

$\Rightarrow N=m\left(g-\frac{v^2}{r}\right)=1200.\left(10-\frac{{10}^2}{50}\right)=9600\left(N\right)$

Câu 5: Hai vệ tinh nhân tạo I và II bay quanh Trái Đất trên quỹ đạo tròn bán kính lần lượt là r và 2r (tâm các quỹ đạo trùng với tâm Trái Đất). Nếu tốc độ của vệ tinh I là v1 thì tốc độ của vệ tinh II là?

A. v1.

B. 2.v1.

C. $\frac{v_1}{\sqrt{2}}$.

D. 0,5.v1.