Lý thuyết Lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm (Kết nối tri thức 2023) hay, chi tiết | Vật Lí 10

Lý thuyết Vật Lí lớp 10 Bài 32: Lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm

A. Lý thuyết Lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm

I. Lực hướng tâm

– Lực (hay hợp lực) tác dụng lên vật chuyển động tròn đều hướng vào tâm quỹ đạo gọi là lực hướng tâm.

Ví dụ về lực hướng tâm

– Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh nhân tạo đóng vai trò lực hướng tâm, giữ cho vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất.

– Đặt một vật lên bàn và bắt đầu quay tròn đều, với vận tốc quay vừa đủ vật vẫn nằm im trên bàn nhờ lực ma sát nghỉ => lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm.

II. Gia tốc hướng tâm

– Trong chuyển động tròn đều, lực hướng tâm gây gia tốc hướng vào tâm nên gia tốc này được gọi là gia tốc hướng tâm, kí hiệu là ${\mathrm{a}}_{\mathrm{ht}}$

${\mathrm{a}}_{\mathrm{ht}}=\frac{{\mathrm{v}}^2}{\mathrm{r}}={\mathrm{\omega }}^2.\mathrm{r}$

Biểu diễn vecto gia tốc hướng tâm

III. Công thức độ lớn lực hướng tâm

Theo định luật 2 Newton và công thức tính gia tốc hướng tâm, ta có

${\text{F}}_{\text{ht}}{\text{ = m.a}}_{\text{ht}}\text{ = }\frac{{\text{m.v}}^{\text{2}}}{\text{r}}{\text{ = m.ω}}^{\text{2}}\text{.r}$

Lực hướng tâm có thể là một lực hoặc hợp lực của các lực khác

B. Trắc nghiệm Lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm

Câu 1: Công thức tính gia tốc hướng tâm?

A. $a_{ht}=\frac{v^2}{r}$

B. $a_{ht}=\frac{v}{r}$.

C. $a_{ht}=r.{\omega }^2$

D. Cả A và C.

Đáp án đúng là: D.

D – đúng vì công thức tính độ lớn gia tốc hướng tâm là $a_{ht}=\frac{v^2}{r}=r.{\omega }^2$

Câu 2: Chọn đáp án sai. Công thức tính độ lớn lực hướng tâm?

A. $F_{ht}=m.a_{ht}$.

B. $F_{ht}=m.\frac{v^2}{r}$

C. $F_{ht}=mr{\omega }^2$

D. $F_{ht}=r{\omega }^2$

Đáp án đúng là: D.

D – sai vì công thức độ lớn lực hướng tâm là:

$F_{ht}=m{a}_{ht}=m.\frac{v^2}{r}=m.r.{\omega }^2$

Câu 3: Một xe đua chạy quanh một đường tròn nằm ngang, bán kính 250 m. Vận tốc xe không đổi có độ lớn là 50 m/s. Khối lượng xe là <![if !vml]><![endif]>. Độ lớn của lực hướng tâm của chiếc xe là:

A. 10 N.

B. 4.10² N.

C. 4.10³ N.

D. 2.104 N.

Đáp án đúng là: D.

Ta có: $F_{ht}=m.a_{ht}=m.\frac{v^2}{r}=2.{10}^3.\frac{{50}^2}{250}=2.{10}^{4}N$

Câu 4: Một ôtô có khối lượng 1200 kg chuyển động đều qua một đoạn cầu vồng lên (coi là cung tròn) với tốc độ là 36 km/h. Biết bán kính cong của đoạn cầu là 50 m. Lấy g = 10 m/s². Áp lực của ôtô vào mặt đường tại điểm cao nhất?

A. 11950 N.

B. 11760 N.

C. 1410 N.

Đáp án đúng là: D.

Đổi 36 km/h = 10 m/s

Khi ôtô chuyển động đến vị trí cao nhất trên mặt cầu vồng lên:

$\overrightarrow{F_{ht}}=m.\overrightarrow{a_{ht}}=\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}$

Chiếu lên chiều dương hướng vào tâm quỹ đạo ta có:

N = P – $F_{ht}=mg–m{a}_{ht}=mg–m.\frac{v^2}{r}$

$\Rightarrow N=m\left(g–\frac{v^2}{r}\right)=1200.\left(10–\frac{{10}^2}{50}\right)=9600\left(N\right)$

Câu 5: Hai vệ tinh nhân tạo I và II bay quanh Trái Đất trên quỹ đạo tròn bán kính lần lượt là r và 2r (tâm các quỹ đạo trùng với tâm Trái Đất). Nếu tốc độ của vệ tinh I là v₁ thì tốc độ của vệ tinh II là?

A. v₁.

B. 2.v₁.

C. $\frac{v_1}{\sqrt{2}}$.

D. 0,5.v₁.

Đáp án đúng là: C.

Lực hấp dẫn đóng vai trò lực hướng tâm:

$G.\frac{m.M}{r^2}=\frac{m.v^2}{r}\Rightarrow v=\sqrt{\frac{GM}{r}}$

$\Rightarrow \frac{v_2}{v_1}=\sqrt{\frac{r_1}{r_2}}\Rightarrow v_2=v_1\sqrt{\frac{r_1}{r_1}}=\frac{v_1}{\sqrt{2}}$

Câu 6: Khi vật chuyển động tròn đều lực hướng tâm là:

A. Một trong các lực tác dụng lên vật.

B. Trọng lực tác dụng lên vật.

C. Hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật.

D. Lực hấp dẫn.

Đáp án đúng là: C.

C – đúng vì lực (hay hợp lực) tác dụng lên vật chuyển động tròn đều hướng vào tâm quỹ đạo gọi là lực hướng tâm.

Câu 7: Điều nào sau đây là đúng khi nói về lực tác dụng lên vật chuyển động tròn đều?

A. Ngoài các lực cơ học, vật còn chịu thêm tác dụng của lực hướng tâm.

B. Hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật đóng vai trò là lực hướng tâm.

C. Vật chỉ chịu tác dụng của lực hướng tâm.

D. Hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật nằm theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo tại điểm khảo sát.

Đáp án đúng là: B.

B – đúng vì hợp lực tác dụng lên vật chuyển động tròn đều đóng vai trò là lực hướng tâm.

Câu 8: Chọn câu sai

A. Lực nén của ôtô khi qua cầu phẳng luôn cùng hướng với trọng lực.

B. Khi ôtô qua cầu cong thì lực nén của ôtô lên mặt cầu luôn cùng hướng với trọng lực.

C. Khi ôtô qua khúc quanh, hợp lực tác dụng lên ô tô có thành phần hướng tâm.

D. Lực hướng tâm giúp cho ôtô qua khúc quanh an toàn.

Đáp án đúng là: B.

A, C, D – đúng.

B – sai vì trọng lực luôn có phương thẳng đứng hướng xuống, lực nén của ô tô lên mặt cầu luôn vuông góc với mặt bị ép, khi ở đỉnh cầu thì trọng lực và lực ép mới cùng hướng, còn ở các vị trí khác thì chúng không cùng hướng.

Câu 9: Chọn câu sai

A. Vật chịu tác dụng của các lực cân bằng thì vật sẽ chuyển động thẳng đều.

B. Vectơ hợp lực có hướng trùng với hướng của vectơ gia tốc vật thu được.

C. Một vật chuyển động thẳng đều vì các lực tác dụng lên vật cân bằng nhau.

D.Vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn quanh Trái Đất là do Trái Đất và Mặt Trăng tác dụng lên vệ tinh 2 lực cân bằng.

Đáp án đúng là: D.

A, C – đúng vì vật chịu tác dụng của các lực cân bằng thì vật sẽ chuyển động thẳng đều.

B – đúng vì hợp lực tác dụng lên vật $\overrightarrow{F}=m.\overrightarrow{a}$ nên hợp lực và gia tốc cùng hướng.

D – sai vì vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn quanh Trái Đất là do có lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh đóng vai trò lực hướng tâm.

Câu 10: Gia tốc hướng tâm có đặc điểm nào sau đây?

A. có phương trùng với bán kính đường tròn quỹ đạo.

B. có chiều luôn hướng vào tâm quỹ đạo.

C. có hướng luôn luôn thay đổi.

D. cả A, B, C.

Đáp án đúng là: D.

Gia tốc hướng tâm có đặc điểm:

– có phương trùng với bán kính đường tròn quỹ đạo.

– có chiều luôn thay đổi và luôn hướng vào tâm quỹ đạo.

Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Vật lí 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 29: Định luật bảo toàn động lượng

Bài 31: Động học của chuyển động tròn đều

Bài 33: Biến dạng của vật rắn

Bài 34: Khối lượng riêng. Áp suất chất lỏng