Title 12. Chuyên đề Vật lý 10 tổng hợp - Hệ quy chiếu quán tính và không quán tính - File word có lời giải chi tiết ✅

CHUYÊN ĐỀ 12. HỆ QUY CHIẾU QUÁN TÍNH VÀ KHÔNG QUÁN TÍNH LỰC HƯỚNG TÂM VÀ LỰC QUÁN TÍNH LI TÂM HIỆN TƯỢNG TĂNG GIẢM TRỌNG LƯỢNG A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1 LỰC TÁC DỤNG VÀO VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU 1 TỔNG HỢP LÝ THUYẾT 4 ĐÁP ÁN TỔNG HỢP LÝ THUYẾT 6 II. MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP 6 DẠNG 1. ÁP DỤNG LỰC HƯỚNG TÂM VÀ LỰC QUÁN TÍNH LY TÂM. 6 VÍ DỤ MINH HỌA 6 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 7 LỜI GIẢI BÀI TẬP TỰ LUYỆN 8 DẠNG 2. KHI VẬT QUA MỘT CHIẾC CẦU CONG 10 VÍ DỤ MINH HỌA: 10 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 11 LỜI GIẢI BÀI TẬP TỰ LUYỆN 12 DẠNG 3. ĐẶT VẬT TRONG THANG MÁY 14 VÍ DỤ MINH HỌA 14 ÔN TẬP CHƯƠNG 12. HỆ QUY CHIẾU QUÁN TÍNH…. 17 LỜI GIẢI ÔN TẬP CHƯƠNG 12. 18
CHUYÊN ĐỀ 12. HỆ QUY CHIẾU QUÁN TÍNH VÀ KHÔNG QUÁN TÍNH LỰC HƯỚNG TÂM VÀ LỰC QUÁN TÍNH LI TÂM HIỆN TƯỢNG TĂNG GIẢM TRỌNG LƯỢNG A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT I. Hệ quy chiếu quán tính và không quán tính − Hệ quy chiếu quán tính là hệ quy chiếu đứng yên hoặc chuyển động đều − Hệ quy chiếu không quán tính là hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc − Lực quán tính: Trong hệ quy chiếu không quán tính chuyển động với gia tốc a→ so với hệ quy chiếu quán tính, tức là mỗi vật trong hiện tượng cơ học xảy ra chịu thêm một lực qtFma→→ và lực này gọi là lực quán tính. II. Lực hướng tâm và lực quán tính ly tâm. 1. Định nghĩa. + Lực tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm. 2. Công thức. 2 2 htht mv Fmamr r Trong đó: F ht là lực hướng tâm (N) m là khối lượng của vật (kg) a ht là gia tốc hướng tâm (m/s 2 ) v là tốc độ dài của vật chuyển động tròn đều (m/s) r là bán kính quỹ đạo tròn (m)  là tốc độ góc của vật chuyển động tròn đều (rad/s) 3. Ví dụ. + 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 trên bàn quay, lực ma sát nghĩ đóng vai trò lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động tròn. + Đường ôtô và đường sắt ở những đoạn cong phải làm nghiên về phía tâm cong để hợp lực giữa trọng lực và phản lực của mặt đường tạo ra lực hướng tâm giữ cho xe, tàu chuyển động dễ dàng trên quỹ đạo. 4. Lực quán tính li tâm. − Nếu xét trong hệ quy chiếu không quán tính quay theo vật, vật coi như đứng yên nhưng chịu thêm một lực quán tính gọi là quán tính li tâm. − Có hướng ra xa tâm − Độ lớn : 2 2 qtltht mv FFmR R III. SỰ THAY ĐỔI TRỌNG LƯỢNG. − Trọng lực: Là hợp lực của lực hấp dẫn trái đất tác dụng lên vật và lực quán tính li tâm do sự quay của trái đất hdqPFF→→→ − Trọng Lượng: của một vật trong hệ quy chiếu mà vật đứng yên là hợp lực của lực hấp dẫn và lực quán tính tác dụng lên vật hdqPFF→→→ + Xét trong hệ quy chiếu đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều thì trong lượng và trọng lực trùng nhau / PP , khi hệ chuyển động có gia tốc với trái đất thì hai lực này khác nhau. Trọng lượng của vật có thể lớn hơn hoặc bé hơn trọng lực và được gọi là sự tăng hay giảm trọng lượng. + Khi /hd qPFF0 →→→ thì xảy ra sự mất trọng lượng đây là hiện tượng rơi tự do khi một vật dặt trong thang máy. LỰC TÁC DỤNG VÀO VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU
1. Khi vật chuyển động tròn đều: Vật chuyển động tròn đều có gia tốc hướng tâm. Lực gây ra gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm: 2 ht v Fm R Lực hướng tâm có thể chỉ là một lực hay hợp lực của các lực tác dụng vào vật. 2. Khi vật chuyển động tròn không đều: Thành phần của hợp lực trên trục hướng tâm đóng vai trò lực hướng tâm. Theo định luật II Newton: 12FF...ma→→→ (1) + Chiếu (1) lên trục hướng tâm ta được: hthtFma→ (F ht là hợp lực các thành phần theo trục hướng tâm) với 22 222 ht2 v4 aR4nRR RT   + Điều kiện đế vật không rời giá đỡ: lực đàn hồi (phản lực N) của giá đỡ tác dụng lên vật N > 0 + Điều kiện đế vật không trượt ra khỏi quỹ đạo khi chuyển động là lực ma sát giữa vật với sàn nhỏ hơn lực ma sát nghỉ cực đại: F msng < kN Ví dụ: 1. Chuyển động trên cầu cong: a. Cầu võng xuống: + htPNma→→→ (1) + Chiếu (1) lên trục hướng tâm: 2 v NPm R 2 v Nmgmg R N P () y b. Cầu vồng lên: + htPNma→→→ (1) + Chiếu (1) lên trục hướng tâm: 22 /vmv PNmNNmgmg RR Chú ý: • Các lực tiếp tuyến với mặt cầu (lực ma sát, lực phát động) không ảnh hưởng gì đến gia tốc hướng tâm nên ta không xét đến. • Kết quá không chỉ đúng khi vật (xe) ở điểm cao nhất (hoặc thấp nhất) của mặt cầu. N P y () 2. Chuyển động trên vòng xiếc: Xét xe đạp đi qua điểm cao nhất trên vòng xiếc. htNPma→→→ (1) + Chiếu (1) lên trục hướng tâm: 2 v NPm R 2 /mv NNmg R + Xe đạp không rơi khi /N0vgR R v PN 3. Xe chuyển động trên đường tròn: a) Xe lửa chuyển động trên đường ray tròn: Các lực tác dụng trên xe lửa: • Trọng lực P→ • Phản lực Q→ của đường ray: FPQ→→→
+ F là lực hướng tâm; lực tác dụng lên đường ray ngoài là R,R→→ trực đối với Q→ : 12RRR→→→ + 1RP→→  BA / A  P F 2R 1R Q + 2R→ nằm ngang, có tác dụng xô ray ra phía ngoài, có thể làm hỏng ray. Đe khắc phục tình trạng này, người ta đặt ray ngoài cao hơn ray trong sao cho mặt phăng A'B' vuông góc với R→ . Khi lực ép lên ray sẽ chỉ là 1R→ , không còn lực 2R→ xô ra ngoài. Góc nghiêng α được tính bởi: 2 2 mv Fvr tan Pmggr Với r là bán kính đường tròn b) Xe chạy trên đường tròn: Lực tác dụng lên xe: + Trọng lực P→ + Lực đàn hồi N→ + Lực ma sát nghỉ msngF→ của mặt đưòng Lực msngF→ đóng vai trò lực hướng tâm msngPNFma→→→→ (1) Chiếu (1) lên trục hướng tâm: 2 msnght mv Fma R 1F 2F P O N Q msnF + Do 2 msngmstruot mv FFkNkmgkmgvkgR R Ta thấy để xe không trượt vận tốc tối đa của xe là vkgR • Để tránh cho xe khi đi qua đường vòng không bị trượt người ta làm mặt đường nghiêng về tâm vòng tròn sao cho phản lực Q→ vuông góc mặt đường. Lúc này không còn lực ma sát nghỉ nữa. 12QQQ→→→ với 1QP0→→→ + 2Q→ đóng vai trò lực hướng tâm F→ + Góc nghiêng α định mức: 2 2 mv FvR tan PmgRg   1Q Q O P 2FQ