Lớp 10 Vật lý 10 - Kết nối tri thức

Lý thuyết Vật lý 10 bài 32 KNTT

Khoahoc xin giới thiệu bài Lý thuyết Vật lý lớp 10 bài 32: Lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm được chúng tôi sưu tầm và tổng hợp các câu hỏi lí thuyết và trắc nghiệm có đáp án đi kèm nằm trong chương trình giảng dạy môn Vật lý lớp 10 sách Kết nối tri thức. Mời quý thầy cô cùng các bạn tham khảo tài liệu dưới đây.

1. Lực hướng tâm

Vận tốc của chuyển động tròn đều luôn luôn thay đổi vì hướng liên tục thay đổi, cho dù độ lớn của nó không đổi. Và bởi vì vận tốc liên tục thay đổi, nên chuyển động tròn đều là chuyển động có gia tốc.

Xét một vệ tinh chuyển động tròn đều quanh Trái Đất như hình vẽ:

Lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm

Tốc độ của vệ tinh không đổi, vì vậy động năng của nó không đổi. Độ cao của vệ tinh không đổi nên thế năng của nó không đổi. Như vật cơ năng của vệ tinh không đổi.

Điều này chứng tỏ lực tác dụng lên vệ tinh luôn sinh công bằng không và chỉ có tác dụng thay đổi hướng chuyển động. Do đó, lực này vuông góc với độ dịch chuyển, tức là có phương dọc theo bán kính của đường tròn.

Tại điểm A lực tác dụng lên vệ tinh có chiều hướng về tâm Trái Đất hoặc hướng ra ngoài không gian. Mặt khác khi ở điểm B, vệ tinh có hướng chuyển động  (như hình vẽ). Muốn như vậy thì lực tác dụng lên vệ tinh phải có chiều hướng về tâm Trái Đất.

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

Ví dụ: Tại sao Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời? Tại sao trên những đoạn đường vòng thường phải hạn chế tốc độ của xe và mặt đường thường phải nghiêng về phía tâm?

Giải thích

+ Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời là nhờ sức kéo từ trọng lực của Mặt Trời.

+ Trên những đoạn đường vòng thường phải hạn chế tốc độ của xe và mặt đường thường phải nghiêng về phía tâm vì như vậy thì phương tiện tham gia giao thông sẽ giữ được cân bằng và lực li tâm khi rẽ.

2. Gia tốc hướng tâm

- Vật chuyển động tròn đều chịu tác dụng của lực hướng tâm.

- Theo định luật II Newton lực hướng tâm gây ra gia tốc cho vật, gia tốc này có cùng hướng với lực hướng tâm, nghĩa là luôn hướng vào tâm của quỹ đạo tròn gọi là gia tốc hướng tâm.

Gia tốc chuyển động tròn đều (gia tốc hướng tâm) có các đặc điểm như sau:

  • Phương: Trùng với bán kính.
  • Chiều: Hướng về tâm của vòng tròn quỹ đạo.
  • Độ lớn: Không đổi và có công thức {a_{ht}} = \frac{{{v^2}}}{R} = {\omega ^2}R.

Ví dụ: Xe đạp của một vận động viên chuyển động thẳng đều với v = 36km/h. Biết bán kính của lốp bánh xe là 40cm. Tính tốc độ góc và gia tốc hướng tâm tại một điểm trên lốp bánh xe.

Hướng dẫn giải

Vận tốc xe đạp cũng là tốc độ dài của một điểm trên lốp xe: v = 36km/h = 10m/s

Tốc độ góc: \omega = \frac{v}{r} = \frac{{10}}{{0,4}} = 25{\rm{r}}a{\rm{d}}/s

Gia tốc hướng tâm tại một điểm trên lốp bánh xe là: {a_{ht}} = \frac{{{v^2}}}{r} = 250m/{s^2}

3. Công thức độ lớn lực hướng tâm

- Ta biết rằng mối liên hệ giữa gia tốc \overrightarrow a của một chuyển động và lực tác dụng \overrightarrow F được thiết lập bởi định luật II Newton.

- Theo định luật này, khi một chất điểm có khối lượng m chuyển động tròn đều với gia tốc hướng tâm \overrightarrow {{a_{ht}}} ta có:

\overrightarrow {{F_{ht}}} = m\overrightarrow {{a_{ht}}}

Với \overrightarrow {{F_{ht}}} là hợp lực tác dụng lên vật.

\overrightarrow {{F_{ht}}} có phương dọc theo bán kính, chiều hướng tâm quỹ đạo được gọi là lực hướng tâm và có độ lớn không đổi bằng:

{F_{ht}} = m.{a_{ht}} = \frac{{m{v^2}}}{r} = m.{\omega ^2}.r

- Điều kiện để một vật có thể chuyển động tròn đều: Hợp lực tác dụng lên vật phải hướng vào tâm của quỹ đạo của vật. Hợp lực này là lực hướng tâm.

Ví dụ: Để một vạt có khối lượng 12kg chuyển động tròn đều trên quỹ đạo có bán kính 0,4m với tốc độ 8m/s thì lực hướng tâm phải có độ lớn bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Lực hướng tâm của vật có độ lớn là:

{F_{ht}} = m.\frac{{{v^2}}}{R} = 12.\frac{{{8^2}}}{{0,4}} = 1920\left( N ight)

Vậy lực hướng tâm phải có độ lớn là: 1920N.

  • 123 lượt xem
Sắp xếp theo
🖼️
Xóa Gửi bình luận

Vật Lí 10 KNTT