Giải bài tập Vật lý 10 Bài 14: Lực hướng tâm

§14. Lực HƯỚNG TÂM
A. KIÊN THỨC Cơ BẢN
Lực hướng tâm
Định nghĩa
Lực (hay họp lực cúa các lực) tác dụng vào một vật chuyên dộng tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hưởng tâm gọi là lực hướng tâm.
Công thức
r-	mv?	?
Fht=mahi= — = mw r	(14.1)
Chuyển động li tâm
Xét một vật đặt tại điểm M trên mặt bàn nằm ngang, bàn quay quanh trục thẳnh đứng đi qua o với vận tốc góc co như hình 14.1. Lực hướng tâm là lực ma sát nghỉ ( Fmsn).
Khi vận tốc góc co còn nhỏ lực ma sát nghỉ cân bằng với lực quán tính li tâm, vật không bị trượt trên mặt bàn.
Khi vận tốc góc Cù lớn, lực quán tính li tâm lớn hơn lực ma sát nghỉ cực đại làm vật trượt trên mặt bàn ra xa tâm quay, tức là làm cho vật chuyển động li tâm.
HOẠT ĐỘNG C1. Hình 14.2
Lực nào đã gây ra gia tốc hưóng tâm cho vật?
Tại sao khi bàn quay nhanh đến một mức nào đó thì vật sẽ văng ra ngoài bàn?
c. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Phát, biểu và viết công thức của lực hướng tâm.
a) Lực hướng tâm có phải là một loại lực mới như lực hấp dẫn hay không?
b) Nếu nói (trong ví dụ b sách giáo khoa) vật chịu 4 lực là p, N , F11SÌ1 và Fht thì đúng hay sai? Tại sao?
Nêu một vài ứng dụng cùa chuyển động li tâm.
Một vật có khôi lượng m = 20 g dặt ở mép một chiếc bàn quay. Hói phái quay bàn vớí tán số vòng lớn nhất bàng bao nhiêu để vật không văng ra khỏi bàn? Cho biết mặt bàn hình tròn, bán kính 1 m. Lực ma sát nghỉ cực đại bằng 0.08 N.
Một õ tó có khôi lượng 1200 kg chuyển động đều qua một đoạn cầu vượt (coi là cung tròn) với tó’c độ 36 km/h. Hói Áp lực của ô tô vào mặt đường tại điếm cao nhât (Hình 14.3) bằng bao nhiêu? Biết bán kính cong của đoạn cẩu vượt là 50 m. Lâ'y g = 10 m/s2.
A. 11760 N	B. 11950 N	c. 14400 N	D. 9600 N.
Hình 14.3
Một vệ tilth nhân tạo bay quanh Trái Đất ó độ cao h bằng bán kính R của Trái Đất. Cho R = 6400 knt và lấy g = 10 m/s2. Hãy tính tốc độ và chu kì quay của vệ tinh.
Hinli 14.4
Hãy giải thích các hiện tượng sau đây bàng chuyển dộng li tâm:
Cho rau đã rứa vào rô rồi vẩy một lúc thì rau ráo nước.
Thùng giặt quần áo cùa máy giặt có nhiều lỗ thúng nhỏ ở thành
xung quanh (Hình 14.4). Ớ công đoạn vắt nước, van xá nước mở ra và thùng quay nhanh làm quầh áo ráo nước.
D. LỜI GIẢI
• Hoạt động
Ci. à) Lục ma sát nghi hướng vào tâm quay gây ra gia tốc hướng tâm cho vật.
b) Bàn quay càng nhanh (V lớn) thì lực hướng tâm Flu = main =
càng lớn. Nếu V lớn tới niức F|„ > F„|S,„|WX thì vật văng ra ngoài. • Câu hỏi và bài tập
Học sinh xem trang 80. SGK
a) Không phải
b) Sai. Vì trong ví dụ B (SGK): Fill = p + N + Fms.i
- Máy vắt li tâm - Máy bơm li tâm
'40- n.MHx = 0,318 V^ng
F|,| = mR(02 = mR(2nn)2 Điều kiện vật không bị văng ra khỏi bàn là:
I' líl < F IIIM1I1IHX
mR4n2n"< F,„smnHX
mv’
R
0/18 2.3,14 V 0,020.1
n < —
2ĩt
n < 0,318
mR
vòng
nniHx — 0,31.8
vòng
ZZ7 1
D. N’ = 9600(N)
Tại điểm cao nhát củafcầu. Các lực tác dụng lèn ỏ tô như hình vẽ
Áp dụng định luật Tĩ Niu-tơn:
mã = R + N + F + F III-— (1)
Chiếu (1) lên trục hướng tâm.
mv’
-R-
Ta được main = p N
N - p •- main = mg
10-
= m(g
= 1200 (10 - =±- ) = 9600 (N)
50
Theo định luật III Niu-tơn, áp lực của õ tô lên cầu: N’ = N = 9600 (N).
Khi vệ tinh bay tròn đều quanh Trái Đất thì trọng lực đóng vai trò lực hướng tâm: p = F|„
GMm _ mv' _ GM 2 (R + h? ” (R + h) ° "ãẼT =v
16400.10.10
5657 (m/s)
T = _21 - 2n<R+ hj _ ÍTI{ _ 4.3,14.6400. l0‘ w	V	V	5657
T = 4 (h).
ai Khi vầy nhẹ, lực liên kết giữa nước và rau đóng vai trò lực hướng tâm giữ cho nước chuyên động tròn cùng rau.
Khi vẩy mạnh, V đu lớn đốn mức F|,| > lực hên kết cực đại giữa rau và nước thì nước sẽ chuyến động li tâm, văng ra ngoài qua mat rò.
b) Giải thích giống phần a.