Giải Vật Lý 10 Bài 21. Chuyển động định tiến của vật rắn - Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định

Bài 21. CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN CỦA VẬT RẮN.
CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN QUANH MỘT TRỤC cố ĐỊNH A. KIẾN THỨC CẦN NAM VỮNG
Chuyển động tịnh tiến của một vật rắn
Chuyển động tịnh tiên
Chuyển động tịnh tiến của một vật rắn là chuyển động trong đó đường nối hai điểm bất kì của vật luôn song song vói chính nó ở vị trí ban đầu.
Gia tốc của vật chuyển động tịnh tiến
Trong chuyến động tịnh tiến, mọi điểm trên vật đều có cùng một gia tốc và có thế áp dụng định luật II Niutơn cho vật: F = mã (trong đó F là hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật, m là khối lượng của vật).
Chuyến động quay của vật rắn quanh một trục cố định
Tốc độ góc
Khi một vật rắn quay quanh một trục cố định thì mọi điếm của vật có cùng tóc độ góc (ừ. Khi đó (0 gọi là tốc độ góc của vật.
Vật quay đều thì tốc độ góc co = const (hằng số). Vật quay quanh dần thì độ góc co tăng dần, vật quay chậm dần thì độ góc 0) giảm dần.
Tác dụng của monien lực đối với một vật quay quanh một trục
Momen lực tác dụng vào một vật quay quanh một trục cố định làm thay đổi tốc độ góc của vật.
Momen quản tính
Tác dụng cùng một momen lực lên các vật khác nhau, tốc độ góc cúa vật nào tăng chậm hơn thì vật đó có mức quán tính lớn hơn và ngược lại.
Đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật trong chuyến động quay gọi là momen quán tính của vật.
Momen quán tính cúa một vật đối với một trục quay phụ thuộc vào khối lượng của vật và vào sự phân bố khối lượng đó đối với trục quay. Khối lượng của vật càng lớn và được phân bố càng xa trục quay thì momen quán tính càng lớn và ngược lại.
B. TRẢ LỜI CÂU HỎI
Cl. Chuyển động của những vật sau đây có phải là chuyển động tịnh tiến không9 Tạị sao?
Chuyên động của bè nứa trên một đoạn sông phẳng.
Chuyên động của người ngồi trong chiếc đu đang quay.
Trả lời
Chuyển động của bè nứa trên một đoạn sông phẳng là chuyển động tịnh tiến vì đường thẳng nối giữa hai điểm bất kì trên bè luôn luôn song song với chính nó.
Chuyển động của người ngồi trong chiếc đu đang quay cũng thuộc chuyển động tịnh tiến vì đường thẳng nối giữa hai điểm bất kì trên cơ thế' người đó luôn luôn song song với chính nó.
C2. Tại sao khi hai vật có trọng lượng bằng nhau thì ròng rọc vẫn đứng yên sau khi thả hai tay?
Trả lời
Ta có: ?! = P2 (vì hai vật cùng khôi lượng)
Suy ra T1 = T2.
Khi đó momen lực T1 gây ra trên ròng rọc là: Ml = TjR	(1)
momen lực To gây ra trên ròng rọc là: M2 = ToR	(2).
Từ (1) và (2) ta có Ml = Mọ nên khối lượng M = Ml - M2 = 0
Vậy ròng rọc đứng yên sau khi thả hai tay.
C3. Đo thời gian chuyển động của vật 1 cho đến khi chạm sàn (gọi là to).
Trả lời
Theo hình bên ta có tổng hợp lực tác dụng vào hai vật là:
mã - ĩ?]' + ạ + T; + Tj	
Chiếu theo phương chuyển động của vật 1 ta có: (mi + m2)a = P1 - p2 = (mi - m2)g
Gia tốc của chuyển động là: a = ——nĩ~
m, + m2
Thời gian của chuyển động là: h = ^at
Suy ra to
c. GIẢI BÀI TẬP
1. Một vật có khối lượng m = 40kg bắt đẩu trướt trên sàn nhà dưới tác dụng của một lực nằm ngang F = 200N. Hệ số ma sát trược giữa vật và sàn pt = 0,25. Hãy tính:
Gia tốc của vật.
Vận tốc của vật ở cuối giây thứ ba.
Đoạn đường mà vật đi được trong ba giây đầu.
Giải
Theo định luật II Newton ta có: má = Fmst + F + N + P
Chiếu theo phương chuyến động, ta có: ma = F - Fmst
Gia tốc của vật là:
^^ = 200-0 25.400
72
m	40
GBT Vặt lí 10 - CB
Vận tốc của vật ở cuối giây thứ ba là:
V - Vo + at = 0 + 2,5.3 = 7,5 (m/s)
Đoạn đường vật đi được trong ba giây đầu:
s = vot + ịat2 = 0,3 + ị.2,5.9 = 11,25 (m) 2	2
Một vật có khối lượng m = 4kg chuyên động trên mặt sàn nằm ngang dưới tác dụng của một lực F hợp với hướng chuyển động một góc a = 30° (hình bên). ĩlệ sô ma sát trượt giữa vật và sàn là pt = 0,30. Tính độ lớn của vật để:
Vật chuyến động với gia tốc bằng l,25m/s2.
Vật chuyển động thẳng đều. Lấy g = 10m/s2.
Giải
Theo định luật II Newton, ta có tổng hợp lực tác dụng lên vật là: má = Frost + F + N + P
Chiếu theo chiều chuyến động, ta có:
ma = Feos a - Frost	(1)
„	_ ma + F. 4.1,25 + 0,3.40
Suy ra: F = 	—!!!«. = _—±—-2k	 _ 19,63 (N)
cosa cos30
Theo công thức (1), khi vật chuyển động đều thì a = 0
Khi đó F =	= 13,86 (N)
cosư cos30
Vậy độ lớn của lực là F = 13,86 (N).
Một xe ca có khối lượng 1250kg được dùng đế kéo một rơmóc có khối lượng 325kg. Cả hai cùng chuyến động với gia tốc 2,15m/s2. Bỏ qua chuyển động quay của các bánh xe. Hãy xác định:
Hợp lực tác dụng lên xe ca.
Hợp lực tác dụng lên rơmóc.
Giải
a. Theo định luật II Newton, ta có:
má = F + T1 + f 2 + N1 + N2 + Pl + p2
Chiếu theo chiều chuyển động, ta có:
ma = F
Suy ra: F = (mi + m2)a = (1250 + 325).2,15 = 3386,25 (N)
Theo định luật II Newton, ta có:
mă = F + T1 + N1 + Pl
Chiếu theo chiều chuyến động, ta có:
mia = F - Ti
Suy ra: T1 = F - miâ = 3386,25 - 1250.2,15 = 698,75 (N)
Vậy hợp lực tác dụng lên rơmóc chính là lực căng dây:
T2 = Ti = 698,75 (N)
Một vật đang quay quanh một trục với tốc độ góc co = 6,28rad/s. Nếu bỗng nhiên momen lực tác dụng lên nó mất đi thì:
Vật dừng lại ngay.
Vật đổi chiều quay.
Vật quay đều với tóc độ góc co = 6,28rad/s.
D. Vật quay chậm dần rồi dừng lại.
Chọn đáp án đúng.
Giải
Khi các.Jực ngưng tác dụng vào vật quay thì sẽ làm cho vật quay đúng tốc độ đó và không đổi (nếu bó qua ma sát).
Vậy chọn đáp án c.
Đói với vật quay quanh một trục cố định, câu nào sau đây là đúng?
Nếu không chiu momen lực tác dụng thì vật phải đứng yên.
Khi không còn momen lực tác dụng thì vật đang quay sẽ lập tức dừng lại.
Vật quay được là nhò’ có momen lực tác dụng lên nó.
D. Khi thấy tốc độ góc của vật thay đối thì chắc chắn là đã có momen lực tác dung lên vật.
Giải
Khí một vật quay đều tức ta có tống các lưc cân bằng nhau. Kh) tăng hoặc giảm vận tốc quay thì cần tác dụng momen lực đế’ thay đối vận tốc góc.
Vậy chọn đúp án D.
Mức quán tính của một vật quay quanh một trục không phụ thuộc vào:
A. Khối lượng của vật. B. Hình dạng và kích thước của vật.
Vận tốc góc của vật. D. Vị trí của trục quay.
Giải
Mức quán tính của một vật quay quanh một trục phụ thuộc vào khối lượng của vật và sự phân bố khối lượng đó đối với trục quay nên không phụ thuộc vào vận tốc góc của vật. Vậy chọn đáp án c.