Bài 14: LỰC HƯỚNG TÂM

Bài 14: LỰC HƯỚNG TÂM

1. Một vật có khối lượng m = 20 g đặt ở mép một chiếc bàn quay. Hỏi phải quay bàn với tần số vòng lớn nhất bằng 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.

Giải

Ta có: 

Lực hướng tâm tác dụng vào vật

Để vật không văng ra khỏi mặt bàn ta phải có

Vậy muốn vật không bị văng ra khỏi mặt bàn thì tần số quay của bàn lớn nhất là: f = 0,31 s^-1.

2. Một ô tô có khối lượng 1200 kg chuyển động đều qua một đoạn cầu vượt (coi là cung tròn) với vận tốc 36 km/h. Hỏi áp lực của ô tô vào mặt đường tại điểm cao nhất bằng bao nhiêu ? Biết bán kính cong của đoạn cầu vượt là 50 m. Lấy g = 10 m/s².

A. 11760 N.                           B. 11950 N.                           C. 14400 N.                           D. 9600 N.

Giải

v = 36 km/h = 10 m/s

Lực hướng tâm tác dụng vào xe: 

Phản lực mặt đường:

N = P = 12 000 N

Áp lực của ô tô tác dụng vào mặt đường tại điểm cao nhất của cầu

F’ = N - F_ht = 12000 – 2400 = 9600 N

3. Một vệ tinh nhân tạo bay quanh Trái Đất ở độ cao h bằng bán kính R của Trái Đất. Cho R = 6400 km và lấy g = 10 m/s². Hãy tính tốc độ và chu kì quay của vệ tinh.

Giải

Khi vệ tinh chuyển động tròn đều quanh Trái Đất, lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh đóng vai trò là lực hướng tâm. Ta có:

(1)

Mặt khác,

 (2); 

Suy ra:

(3)

Từ (1), (2), (3) suy ra: 

Vận tốc góc của vệ tinh:

Chu kỳ quay của vệ tinh:

4. Hãy giải thích các hiện tượng sau đây bằng chuyển động li tâm:

a) Cho rau đã rửa vào rổ rồi vẩy một lúc thì rau ráo nước.

b) Thùng giặt quần áo của máy giặt có nhiều lỗ thủng nhỏ ở thành xung quanh. Ở công đoạn vắt nước, van xả nước mở ra và thùng quay quanh làm quần áo ráo nước.

Giải

a) Khi ta vẩy mạnh rổ rau sống, độ lớn của lực ma sát nghỉ nhỏ hơn độ lớn của lực hướng tâm. Lúc này, lực ma sát nghỉ không giữ vai trò của lực hướng tâm nữa, nước sẽ không bám vào bề mặt của rau được nữa, mà lại văng ra ngoài. Suy ra: rau sẽ ráo nước nhanh chóng.

b) Tương tự, trong máy giặt, khi máy bước vào giai đoạn vặt (quay ly tâm), tốc độ quay của máy tăng mạnh, làm cho lực liên kết giữa nước và quần áo không đủ để đóng vai trò là lực hướng tâm được nữa. Lúc này, nước bị tách ra khỏi quần áo thành giọt và bắn ra ngoài theo các lỗ bên thành thùng rồi thoát ra ngoài theo van xả.

                                                                                              Tiểu Quậy