Bài toán lực hướng tâm

VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 10 bài viết Bài toán lực hướng tâm, nhằm giúp các em học tốt chương trình Vật lí 10.

Nội dung bài viết Bài toán lực hướng tâm:
Dạng 4: Lực hướng tâm
Ví dụ 1: Một lò xo nhẹ có chiều dài tự nhiên 0l = 20cm, độ cứng k = 100N/m đặt trên mặt phẳng nhẵn nằm ngang. Một đầu lò xo gắn với chất điểm khối lượng m = 100g, đầu kia gắn vào một trục quay thẳng đứng. Cho trục quay đều với tốc độ n (vòng/phút) thì chiều dài lò xo là l = 22cm. Tìm n. A. 1,5 vòng/min. B. 91 vòng/min. C. 95,5 vòng/min. D. 9,5 vòng/min. Lời giải: Khi trục quay, vật nặng quay theo và kéo lò xo dãn ra. Trọng lực P và phản lực N cân bằng nhau nên lực đàn hồi đóng vai trò lực hướng tâm.
Ta có: Suy ra: n 1,52 ≈ vòng/s ≈ 91 vòng/min. Đáp án B. STUDY TIPS: Bán kính quỹ đạo tròn của chất điểm chính là độ dài của lò xo khi bị dãn. Ví dụ 2: Một vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất ở độ cao so với mặt đất đúng bằng bán kính R của Trái Đất. Cho gia tốc trọng trường ở mặt đất là g. Tìm tốc độ dài của vệ tinh. Lời giải: Lực hấp dẫn đóng vai trò lực hướng tâm giữ vệ tinh chuyển động tròn đều. Tại mặt đất: 2GM Đáp án A. Ví dụ 3: Treo một viên bi có khối lượng m = 200g vào một sợi dây nhẹ, không dãn, chiều dài 1m. Quay đầu trên của dây cho viên bi chuyển động quanh trục thẳng đứng đi qua điểm treo thì thấy sợi dây tạo với phương thẳng đứng một góc không đổi α = 30. Tìm tốc độ góc ω của viên bi. A. 3,4 rad/s. B. 1,7 rad/s. C. 0,5 rad/s. D. 1,0 rad/s.
Lời giải: Viên bi chuyển động tròn đều trên quỹ đạo tròn có bán kính: R sin 0,5m Hợp lực tác dụng lên vật đóng vai trò là lực hướng tâm: T P ma F Từ hình vẽ tính được: 2 Fht Đáp án A. Ví dụ 4: Một ô tô có khối lượng 1200kg chuyển động đều qua một đoạn cầu vượt (coi là cung tròn) với tốc độ 36km/h. Hỏi áp lực của ô tô vào mặt đường tại điểm cao nhất bằng bao nhiêu? Biết bán kính cong của đoạn cầu vượt là 50m. Lấy g = 10m/s2 A. 11950 N. B. 11760 N. C. 9600N. D. 14400 N. Lời giải: Tại điểm cao nhất của cầu, ô tô chịu tác dụng của 4 lực như hình vẽ. Theo định luật II Niu-tơn: F P ma Chiếu lên phương bán kính, chiều dương hướng vào tâm cầu: v P N Đáp án C. STUDY TIPS: Áp lực của ô tô lên cầu nhỏ hơn trọng lượng của ô tô. Đó là một trong những lý do tại sao cầu qua sông thường làm vồng lên mà không làm ngang hoặc võng xuống.