Tống quát kiến thức lực hướng tâm - Không thể bỏ qua

NHỮNG KIẾN THỨC CẦN NHỚ VỀ LỰC HƯỚNG TÂM 

Cunghocvui.com tiếp tục tổng quát kiến thức tới độc giả. Bài viết dưới đây là chủ đề lực hướng tâm lớp 10 môn Vật lý: từ định nghĩa, công thức, ví dụ...

I. Lý thuyết 

1. Lực hướng tâm là gì?

- Xảy ra khi lực (hay hợp lực của các lực) tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều, gây ra cho vật gia tốc hướng tâm. 

- Không phải là lực mới không có tính chất riêng như các lực ở trên. 

2. Đặc điểm 

- Điểm đặt: lên vật;

- Phương: trùng với đường thẳng nối vật và tâm quỹ đạo;

- Chiều: từ vật hướng vào tâm quỹ đạo;

3. Công thức tính lực hướng tâm

- Công thức lực hướng tâm: \(F_{ht} = ma_{ht} = \frac{mv^{2}}{r} = m\omega ^2r\).

Trong đó: 

+ \(F_{ht}\): lực hướng tâm (N); 

+ \(a_{ht}\): gia tốc hướng tâm (\(s^2\));

+ m: khối lượng của vật (kg); 

+ r: bán kính quỹ đạo tròn (m); 

+ v: tốc độ dài của vật chuyển động tròn đều (m/s); 

+ \(\omega\): tốc độ góc của vật chuyển động tròn đều (rad/s).

Xem thêm một số công thức liên quan khác tại đây.

3. Ví dụ

- Trong hệ quy chiếu gắn với Trái Đất được coi là đứng yên, lực hấp dẫn giữa cho vệ tinh không bị văng ra khỏi quỹ đạo chuyển động tròn quanh Trái Đất, lực hấp dẫn đóng vai trò LHT.

-  Đặt một vật lên bàn và bắt đầu quay tròn đều, với vận tốc quay vừa đủ, vật vẫn sẽ nằm im trên bàn nhờ lực ma sát nghỉ, lực ma sát đóng vai trò LHT. 

4. Chuyển động ly tâm 

Nếu lực hướng tâm không còn đủ lớn để giữ cho vật chuyển động theo quỹ đạo tròn thì vật sẽ chuyển động ly tâm.

II. Bài tập lực hướng tâm

1. Một số dạng bài tập 

Dạng 1: Vệ tinh chuyển động tròn đều quanh Trái Đất 

LHT là lực hấp dẫn giữa vệ tinh và Trái Đất: \(F_{hd} = F_{ht}\) \(\rightarrow \) \(v = \sqrt{\frac{G.M}{R + h}}\).

(M: khối lượng Trái Đất).

Dạng 2: Vật chuyển động tròn đều trên đĩa nằm ngang quay đều 

LHT là lực ma sát nghỉ giữa vật và đĩa: \(F_{ms} = F_{ht} \rightarrow \mu mg = \frac{mv^2}{r}\).

Dạng 3: Xe chuyển động qua cầu cong

Luôn chọn chiều dương hướng vào tâm nên các lực nào hướng vào tâm thì dương, hướng ngược lại thì âm. 

- Vồng lên: \(P - N = m.a_{ht} \rightarrow N = mg - m\frac{mv^2}{r} < P\)

- Võng xuống: \(P - N = m.a_{ht} \rightarrow N = mg + m\frac{mv^2}{r} > P\)

Dạng 4: Chuyển động trên vòng xiếc

\(N = m\frac{mv^2}{r} - mg\) và \(v \geq \sqrt{g.R}\) (R là bán kính vòng xiếc)

Dạng 5: Xe chuyển động qua cầu cong 

- Vồng lên: \(N = mg - m\frac{mv^2}{r} = 0\), xe bay khỏi mặt cầu, mặt dốc

- Chuyển động của xe đi vào khúc quanh: (mặt đường phải làm nghiêng), LHT là hợp lực của phản lực \(\vec{N}\) và trọng lực \(\vec{P}\).

2. Một số bài tập mẫu

1. Một vệ tinh khối lượng 200 kg đang bay trên quỹ đạo tròn quanh Trái Đất mà tại đó nó có trọng lượng 920N. Chu kỳ của vệ tinh là 5300s. 

a. Tính LHT tác dụng lên vệ tinh. 

b. Tính khoảng cách từ tâm Trái Đất đến vệ tinh.

Đáp số: 2661N, 2994 km. 

2. Một người đi xe đạp trên vòng xiếc bán kính 10m. Phải đi qua điểm cao nhất của vòng với vận tốc tối thiểu bằng bao nhiêu để khỏi rơi? Cho g = 10 \(m/s^2\).

Đáp số: 10 m/s.

3. Một vật nhỏ đặt trên một đĩa hát đang quay với vận tốc 78 vòng/phút. Để vật đứng yên giữa vật và trục quay bằng 7 cm. Tính hệ số ma sát giữa vật và đĩa?

Đáp số: 0,16.

Trên đây là toàn bộ lý thuyết về lực hướng tâm, sau khi học xong lý thuyết, xem thêm cách giải bài tập tại cunghocvui.com.