BÀI 32 LỰC HƯỚNG TÂM VÀ GIA TỐC HƯỚNG TÂM

PHẦN I. HỆ THỐNG CÂU HỎI, BÀI TẬP TRONG SGK

KHỞI ĐỘNG: 

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

I. LỰC HƯỚNG TÂM

Câu hỏi 1: Lực nào sau đây làm cái tẩy chuyển động tròn?

Trọng lực tác dụng lên cái tẩy.

Lực cản của không khí.

Lực căng dây hướng vào tâm quỹ đạo của cái tẩy.

Câu hỏi 2: Nếu cái tẩy đang chuyển động mà ta buông tay ra thì:

Cái tẩy tiếp tục chuyển động tròn.

Cái tẩy sẽ rơi xuống đất theo phương thẳng đứng.

Cái tẩy văng ra theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo theo hướng vận tốc tại điểm đó.

Câu hỏi 3: Lực nào duy trì chuyển động tròn của Trái Đất xung quanh Mặt Trời?

Câu hỏi 4: Tìm ví dụ về lực hướng tâm

II. GIA TỐC HƯỚNG TÂM 

Câu hỏi 1: Tính gia tốc hướng tâm của một vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh trái đất với bán kính quỹ đạo là 7 000km và tốc độ 7,57km/s

 Câu hỏi 2: Tính gia tốc hướng tâm của Mặt Trăng trong chuyển động quay quanh Trái đất ( coi Mặt Trăng chuyển động tròn đều quanh Trái đất ). Biết khoảng cách từ Mặt Trăng đến tâm Trái đất là 3,84x 10⁸m và chu kỳ quay là 27,2 ngày.

Câu hỏi 3: Kim phút của mộtc hiếc đồng hồ dai 8cm. Tính gia tốc hướng tâm của đầu kim

III. CÔNG THỨC ĐỘ LỚN LỰC HƯỚNG TÂM

Câu hỏi 1: Vẽ hợp lực của lực căng dây và trọng lực , từ đó xác định lực hướng tâm trong Hình 32.4.

Câu hỏi 2: Trong trường hợp ở hình 32.4, dây dài 0.75m

a. Bạn A nói rằng tốc độ quay càng lớn thì góc lệch của dây so với hương thẳng đứng cũng càng lớn. Hãy chứng minh điều đó.

b. Tính tần số quay để dây lệch góc 60∘ so với hướng thẳng đứng. lấy g= 9,8m/s²

Câu hỏi 3: Hình 32.5 mô tả một vệ tinh nhân tạo đang quay quanh Trái Đất.

a. Lực nào là lực hướng tâm?

b. Nếu vệ tinh trên là vệ tinh địa tĩnh ( nằm trong mặt hẳng xích đạo của Trái Đất và có tốc độ góc bằng tốc độ góc tự quay của Trái Đất quanh trục của nó ). Hãy tìm gia tốc hướng tâm của vệ tinh. Cho gần đúng bán kính Trái Đất là 6 400km và độ cao của vệ tinh so với mặt đất là 35 780km.

Câu hỏi 4: Hình 32.6 mô tả ô tô chuyển động trên quỹ đạo tròn trong hai trường hợp: mặt đường nằm ngang (Hình 32.6a) và mặt đường nghiêng góc θ (Hình 32.6b).

Hãy thảo luận và cho biết:

a) Lực nào là lực hướng tâm trong mỗi trường hợp.

b) Lí do để ở các đoạn đường cong phải làm mặt đường nghiêng về phía tâm.

c) Tại sao các phương tiện giao thông phải giảm tốc khi vào các cung đường tròn?

PHẦN EM CÓ THỂ BIẾT 

Câu hỏi 1: Giải thích vì sao trong môn xiếc mô tô bay, diễn viên xiếc có thể đi mô tô trong thành của một cái lồng quay tròn mà không bị rơi (Hình 32.7)

Câu hỏi 2: Chuyển động li tâm

Một vật đặt trên mặt chiếc bàn quay. Nếu tăng tốc độ góc của bàn quay đến một giá trị nào đó thì lực ma sát nghỉ cực đại nhỏ hơn lực hướng tâm cần thiết để giữ cho vật chuyển động tròn. Khi ấy vật trượt trên bàn ra xa tâm quay, rồi văng ra khỏi bàn theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo. Chuyển động như vậy của vật được gọi là chuyển động li tâm (Hình 32.8)

Giải thích tại sao thùng giặt quần áo của máy giặt có nhiều lỗ thủng ở thành xung quanh.

PHẦN II. 5 PHÚT TRẢ LỜI CÂU HỎI, BÀI TẠP TRONG SGK

KHỞI ĐỘNG:

Đáp án: - Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời do có lực hấp dẫn của Mặt Trời tác dụng lên Trái Đất.

- Vì: xe đi với tốc độ quá lớn khi đó lực hướng tâm không đủ lớn để giữ được cho xe chuyển động trên quỹ đạo tròn mà sẽ bị văng ra.

I. LỰC HƯỚNG TÂM

Đáp án CH1: Lực căng dây hướng vào tâm quỹ đạo của cái tẩy.

Đáp án CH2: Cái tẩy văng ra theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo theo hướng vận tốc tại điểm đó.

Đáp án CH3: Lực hấp dẫn của Mặt Trời lên Trái Đất. 

Đáp án CH4: Các phương tiện giao thông phải giảm tốc khi vào các cung đường tròn

Chiếc máy bay đang lượn vòng. Để chuyển hướng, người phi công làm nghiêng cánh máy bay.

II. GIA TỐC HƯỚNG TÂM 

Đáp án CH1: 8,19 (m/s²)

Đáp án CH2: 2,74. 10⁻³

Đáp án CH3: 24,22.10^-8 

III. CÔNG THỨC ĐỘ LỚN LỰC HƯỚNG TÂM

Đáp án CH1:

Lực hướng tâm : F = T.sinα

Đáp án CH2:

a) Chiều dài dây là ℓ

Tốc độ quay v = ω.r mà  R=1.sin và 

Khi tốc độ v càng lớn thì r càng lớn nên góc α cũng càng lớn.

b) 5,11 rad/s

Đáp án CH3: a) Lực hấp dẫn do Trái Đất tác dụng lên vệ tinh.

b) 0,22 m/s²

Đáp án CH4: a) Hình 32.6a: Lực ma sát đóng 

Hình 32.6b: Các thành phần theo phương nằm ngang của phản lực N và của lực ma sát

b) Vì Độ nghiêng của mặt đường giúp xe có thể duy trì tốc độ ổn định khi đi qua đoạn đường cong . 

c) Vì xe di chuyển với tốc độ càng cao sẽ chịu một lực hướng tâm đẩy ra đường cong và có thể làm xe bị trượt hoặc lật

PHẦN EM CÓ THỂ BIẾT 

Đáp án CH1: Vì người diễn viên này đã đi mô tô với vận tốc đủ lớn để có thể tạo ra gia tốc hướng tâm đủ duy trì áp lực của xe lên thành gỗ làm cho ma sát nghỉ đủ lớn để giữ cho xe không bị rơi xuống.

Đáp án CH2: Vì khi thùng giặt quay nhanh, lực liên kết giữa nước và vải nhỏ hơn lực hướng tâm cần thiết, khi đó nước và chất bẩn tách ra khỏi vải và văng ra ngoài qua lỗ lưới của thùng giặt.