Giải vật lí 10 bài 14: Lực hướng tâm
Hướng dẫn giải bài tập, bài thực hành trong bài 14: Lực hướng tâm - sách giáo khoa vật lí 10 trang 82. Tất cả các kiến thức lý thuyết và bài tập trong bài học này đều được giải đáp cẩn thận, chi tiết. Chúng ta tham khảo để học tốt vật lí 10 bài 14: Lực hướng tâm nhé.
[toc:ul]
I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1, Lực hướng tâm – Chuyển động hướng tâm.
Lực hướng tâm là lực giúp vật chuyển động theo quỹ đạo cong.
Lực (hợp lực) tác dụng vào một vật chuyển động tròn đầu gây ra gia tốc hướng tâm cho vật là lực hướng tâm.
Công thức lực hướng tâm: $F_{ht} = m.a_{ht} = m.\frac{v^{2}}{r} = m.\omega ^{2}.r$
Trong đó: r là bán kính quỹ đạo.
m là khối lượng vật (kg).
$\omega $ là tần số góc của chuyển động (rad/s).
v là vận tốc dài của chuyển động (m/s).
Đặc điểm vecto lực hướng tâm:
- Điểm đặt: tại vật;
- Phương: trùng với bán kính quỹ đạo;
- Chiều: hướng vào tâm quỹ đạo;
- Độ lớn: $F_{ht} = m.a_{ht} = m.\frac{v^{2}}{r} = m.\omega ^{2}.r$
Chuyển động hướng tâm: là chuyển động có gia tốc hướng tâm, ví dụ như chuyển động tròn.
2, Lực li tâm - Chuyển động li tâm
Lực li tâm là một lực quán tính xuất hiện trên mọi vật nằm yên trong hệ quy chiếu quay so với một hệ quy chiếu quán tính.
Chuyển động li tâm: là chuyển động dưới tác dụng của lực li tâm.
Trong thực tế chuyển động li tâm có trong máy giặt, xuất hiện khi xe qua các đoạn đường cong.
II. GIẢI BÀI TẬP
Giải câu 1: Phát biểu và viết công thức lực hướng...
Phát biểu và viết công thức lực hướng tâm.
Bài giải:
Lực hướng tâm là lực giúp vật chuyển động theo quỹ đạo cong.
Công thức lực hướng tâm: $F_{ht} = m.a_{ht} = m.\frac{v^{2}}{r} = m.\omega ^{2}.r$
Giải câu 2: Lực hướng tâm có phải là một loại lực...
a. Lực hướng tâm có phải là một loại lực mới như lực hấp dẫn không?
b. Nếu nói (trong ví dụ b sách giáo khoa) vật chịu 4 lực là $\overrightarrow{P}$, $\overrightarrow{N}$, $\overrightarrow{F_{ms}}$ và $\overrightarrow{F_{ht}}$ thì đúng hay sai? Tại sao?
Bài giải:
a. Lực hướng tâm không phải là một loại lực mới như lực hấp dẫn, lực hướng tâm có thể là một lực hoặc hợp lực của các lực chúng ta đã học.
b. Nói như vậy là sai, vì lực hướng tâm là lực (hợp lực) gây ra gia tốc hướng tâm cho vật, chỉ là hợp lực của các lực tác dụng lên vật.
Giải câu 3: Nêu một vài ứng dụng của chuyển động...
Nêu một vài ứng dụng của chuyển động li tâm?
Bài giải:
Ứng dụng của chuyển động li tâm: tách ADN trong sinh học, máy giặt, ...
Giải câu 4: Một vật có khối lượng m = 20 g đặt ở...
Một vật có khối lượng m = 20 g đặt ở mép một chiếc bàn quay. Hỏi phải quay bàn với tần số vòng lớn nhất là bao nhiêu để vật không bị văng ra khỏi bàn? Cho biết mặt bàn hình tròn, bán kính 1m. Lực ma sát nghỉ cực đại bằng 0,08 N.
Bài giải:
Lực ma sát nghỉ tác dụng vào vật giữ cho vật đứng yên không bị văng ra khỏi bàn quay.
Để vật không bị văng ra khỏi bàn, ta có: Fmsn(max) = Fht = = mω2r = 0,08 (N).
$\Leftrightarrow $ $\omega = \sqrt{\frac{F_{msn max}}{m.r}} = \sqrt{\frac{0,08}{20.10^{-3}.1}} = 2$ (rad/s).
Vậy số vòng mà bàn quay lớn nhất là: nmax = $\frac{2}{2\pi } \approx 0,318$ (vòng/s).
Giải câu 5: Một ô tô có khối lượng 1200 kg...
Một ô tô có khối lượng 1200 kg 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 (hình 14.7) bằng bao nhiêu? Biết bán kính cong của đoạn cầu vượt là 50m. Lấy g = 10m/s2.
A. 11 760 N
B. 11 950 N
C. 14 400 N
D. 9 600 N.
Bài giải:
Chọn đáp án D.
Giải thích: Đổi 36 km/h = 10 m/s.
Các lực tác dụng lên vật được biểu diễn trên hình vẽ (lực hướng tâm là hợp lực của trọng lực và phản lực lên ô tô):
Áp dụng định luật II Newton, ta có: $\overrightarrow{P} + \overrightarrow{N} = m.\overrightarrow{a}$
Hay $\overrightarrow{F_{ht}} = m.\overrightarrow{a} = \overrightarrow{P} + \overrightarrow{N}$
Chọn trục Ox là trục hướng tâm, chiều dương hướng vào tâm quỹ đạo.
Chiếu lên phương hướng tâm: P – N = Fht = $m.\frac{v^{2}}{r}$
$\Leftrightarrow $ N = P - $m.\frac{v^{2}}{r}$ = 1200.10 - $1200.\frac{10^{2}}{50}$ = 9 600 N.
Giải câu 6: Một vệ tinh nhân tạo bay quanh Trái Đất...
Một vệ tinh nhân tạo bay quanh Trái Đất ở độ cao h bằng bán kính R của Trái Đất. Cho R = 6 400km và lấy g = 10m/s2. Hãy tính tốc độ và chu kì quay của vệ tinh.
Bài giải:
Lực hấp dẫn giữa trái đất và vệ tinh đóng vai trò là lực hướng tâm giữ cho vệ tinh chuyển động tròn đều trên quỹ đạo của nó.
Ta có: Fhd= Fht $\Rightarrow $ $G.\frac{M.m}{(R + h)^{2}} = \frac{m.v^{2}}{R + h}$
$\Leftrightarrow $ $v = \sqrt{\frac{G.M}{R + h}} = \sqrt{\frac{G.M}{2R}} = \sqrt{\frac{g.(R)^{2}}{2R}} = \sqrt{\frac{g.R}{2}} = \sqrt{\frac{10.6400.10^{3}}{2}} \approx 5,57.10^{3}$ (m/s).
Chu kì quay của vệ tinh là:
$T = \frac{2\pi }{\omega } = \frac{2\pi .2.R}{v} = \frac{4.\pi .64.10^{5}}{5,57.10^{3}} \approx 14,2$ (s).
Giải câu 7: Hãy giải thích các hiện tượng sau đây...
Hãy giải thích các hiện tượng sau đây bằng chuyển động li tâm:
a) Cho rau đã rửa vào rổ rồi vẩy một lúc thì ráo nước
b) Thùng giặt quần áo của máy giặt có nhiều lỗ thủng nhỏ ở xung quanh thành. Ở công đoạn vắt nước, van xả nước mở ra và thùng quay nhanh làm quần áo ráo nước.
Bài giải:
a. Giữa nước và rau xuất hiện một lực liên kết. Lực liên kết này có giá trị cực đại nhất định.
Khi ta vẩy rau, lực liên kết này nhỏ hơn lực hướng tâm cần thiết nên không giữ được các giọt nước chuyển động tròn theo rau. Cho nên các giọt nước văng qua lỗ của rổ ra ngoài. Vì vậy sau khi vẩy một lực thì rau ráo nước.
b) Tương tự trên, giữa nước và quần áo cũng xuất hiện một lực liên kết giúp cho nước bám vào quần áo.
Lực này nhỏ hơn lực hướng tâm cần thiết nên không giữ được các giọt nước chuyển động tròn theo áo quần nên các giọt nước văng ra theo các lỗ nhỏ ở thành xung quanh ra ngoài làm cho quần áo ráo nước.