Bài 22. Lực hướng tâm và lực quán tính li tâm. Hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng

Bài 22. Lực hướng tâm và lực quán tính li tâm. Hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng tài liệu, giáo án, bài giảng , luậ...

_Đ đ nh lu t Newton nghi m đúng trong h quy chi u chuy n đ ng ể định luật Newton nghiệm đúng trong hệ quy chiếu chuyển động ịnh luật Newton nghiệm đúng trong hệ quy chiếu chuyển động ật Newton nghiệm đúng trong hệ quy chiếu chuyển động ệm đúng trong hệ quy chiếu chuyển động ệm đúng trong hệ quy chiếu chuyển động ếu chuyển động ể định luật Newton nghiệm đúng trong hệ quy chiếu chuyển động ộng

có gia t c c n có thêm l c quán tính Trong tr ng h p h quy chi u ốc cần có thêm lực quán tính Trong trường hợp hệ quy chiếu ần có thêm lực quán tính Trong trường hợp hệ quy chiếu ực quán tính Trong trường hợp hệ quy chiếu ường hợp hệ quy chiếu ợp hệ quy chiếu ệm đúng trong hệ quy chiếu chuyển động ếu chuyển động

tròn đ u thì l c quán tính này có đ c đi m nh th nào ? ều thì lực quán tính này có đặc điểm như thế nào ? ực quán tính Trong trường hợp hệ quy chiếu ặc điểm như thế nào ? ể định luật Newton nghiệm đúng trong hệ quy chiếu chuyển động ư ếu chuyển động

Câu trả lời cho cả 2 câu hỏi trên chính là :

Lực quán tính li tâm

_Các nhà du hành vũ trụ có thể ở trạng thái không trọng lượng trên

vũ trụ là do đâu?

BÀI 22:

LỰC HƯỚNG TÂM VÀ LỰC QUÁN TÍNH LI TÂM

HIỆN TƯỢNG TĂNG, GIẢM, MẤT TRỌNG LƯỢNG

I_LỰC HƯỚNG TÂM VÀ LỰC QUÁN TÍNH LI TÂM

1)Lực hướng tâm:

Nhận xét: Buộc 1 vật nhỏ A vào đầu 1 sợi

dây.Ta cầm đầu kia và quay nhanh.Nếu dây bị tuột thì vật sẽ văng đi.Vậy chính sợi dây đã giữ cho vật chuyển động trên quỹ đạo tròn

Lực hướng tâm:

Ta có:Gia tốc của vật chuyển động tròn đều hướng vào tâm:

aht=

Theo định luật II Newton,lực gây ra gia tốc này phải cùng hướng với gia tốc,nghĩa là phải hướng vào tâm.Ta gọi nó là

lực hướng tâm.Biểu thức của lực hướng tâm:

Fht=maht=

Nếu thay v=ωr(ω là tốc độ góc),ta còn có:

Fht=mω2r

Ví dụ về lực hướng tâm:

Ví dụ 1:Ở phần nhận xét,nếu ta

quay khá nhanh, sợi dây gần như

quay trong mặt phẳng nằm ngang

Khi đó có thể coi lực căng Q của

dây là lực hướng tâm.Nếu quay

chậm,dây quét thành 1 hình mặt

nón.Khi đó hợp lực của lực căng Q

và trọng lực P là lực hướng tâm

Q

P

F

Ví dụ 2:Một vật đặt trên 1 cái bàn quay.Nếu bàn quay

không quá nhanh,vật sẽ cùng quay với bàn.Khi đó lực ma sát nghỉ do bàn tác dụng lên vật là lực hướng tâm

Ví dụ 3:Mặt

Trăng hoặc

các vệ tinh

nhân tạo quay

quanh Trái

Đất.Trong

trường hợp

đó,lực hấp dẫn

của Trái Đất là

lực hướng tâm

R

h

2.Lực quán tính li tâm:

Ở ví dụ 2,khi vật đặt trên bàn và quay đều,xét trong hệ

quy chiếu gắn với bàn thi vật đứng yên cân bằng và lực

quán tính tác dụng lên vật hướng xa tâm.Lực quán

tính này được gọi là lực li tâm

Ta có: F qt =-ma ht hay độ lớn: F qt= =mω 2 r

x

z

y

N

F

Khi bàn quay quá nhanh,tốc độ góc của bàn đủ

lớn,Fqt sẽ thắng lực ma sát nghỉ cực đại khiến vật bị trượt ra xa tâm

II_HIỆN TƯỢNG TĂNG, GIẢM VÀ

MẤT TRỌNG LƯỢNG:

1.Khái niệm về trọng lực,trọng lượng

Trọng lực của một vật:là hợp lực của lực hấp dẫn mà Trái Đất tác

dụng lên vật và lực quán tính li tâm xuất hiện do sự quay của Trái

Đất quanh trục của nó

P = F hd + F q Trọng lượng của một vật là độ lớn của trọng lực của vật ấy

Lực Fq này rất nhỏ so với lực hấp dẫn của Trái Đất,nên nếu không yêu cầu độ chính xác cao,ta có thể bỏ qua Fq(tức là coi Trái Đất như 1 hệ quy chiếu quán tính).Trong trường hợp đó,trọng lực là lực hấp dẫn mà Trái Đất tác dụng lên vật

P=F

2.Sự tăng,giảm và mất trọng lượng

Trên thực tế,có nhiều trường hợp 1 vật được đặt trong

hệ quy chiếu có gia tốc a so với Trái Đất.Khi đó lực còn chịu thêm tác dụng của lực quán tính F qt =-ma do chuyển động của

hệ gây ra

Đặt: P’ = P + F qt P’ là trọng lực biểu kiến,độ lớn P’ gọi là trọng lượng

biểu kiến của vật

Khi 1 người đứng trên sàn thang may,thang chuyển động với gia

tốc a

-Nếu a hướng lên thì hướng xuống và P’= P+ = m(g+a)

Khi đó người đè lên thang máy một lực lớn hơn mg.Đây là hiện

tượng tăng trọng lượng biểu kiến

qt F

qt

F

-Nếu hướng xuống thì hướng lên và

P’= P- =m(g-a)

Khi đó người đè lên thang máy một lực nhỏ hơn

mg.Đây là hiện tượng giảm trọng lượng biểu kiến

a  F  qt

qt

F

-Nếu a = g thì F qt hướng lên và P’= P-F qt =0

Không còn trọng lực

 Gọi là trạng thái mất trọng lượng biểu kiến

M t s ng d ng c a l c quán tính li tâm ộng ốc cần có thêm lực quán tính Trong trường hợp hệ quy chiếu ứng dụng của lực quán tính li tâm ụng của lực quán tính li tâm ủa lực quán tính li tâm ực quán tính Trong trường hợp hệ quy chiếu

giặt sạch những đồ bẩn trong 1 thời gian ngắn

Đặt quần áo ướt vào trong máy , khi trục quay nhanh, lực liên kết giữa các hạt nước không đẻ giữ cho nước chuyển động tròn Vì vậy nước sẽ

tách ra khỏi quần áo và bắn ra ngoài lồng Cứ như vậy sau một thời gian ngắn quần áo sẽ khô

Máy bơm Khi cho bơm hoạt động, các quạt trong thân bơm quay tròn, làm cho nước ở trong đó quay theo Do

lực kết hợp giữa các phần tử nước không đủ giữ chúng trên quỹ đạo tròn nên những hạt nước này bắn theo phương tiếp tuyến lên ống đứng thẳng Ở quanh những cánh quạt trong thân bơm, áp suất giảm xuống Áp suất khí làm nước ở bên ngoài dồn

Câu 1:Hãy chọn câu đúng:

Các nhà du hành vũ trụ trên con tàu quay quanh Trái Đất đều ở

trọng trạng thái mất trọng lượng là do:

A Con tàu ở rất xa Trái Đất nên lực hút của Trái Đất giảm đáng kể

B Con tàu ở vào vùng mà lực hút của Trái Đất và lực hút của Mặt Trăng cân bằng nhau

C Con tàu đã thoát khỏi khí quyển của Trái Đất

D Các nhà du hành và con tàu cùng “rơi” về Trái Đất với gia tốc g

nên không còn lực cản của người đè vào sàn tàu

Câu 2:Trong thí nghiệm ở ví dụ 1,dây dài 0,5m.Hãy tính

số vòng dây trong 1s (ω) để dây lệch đi 1 góc α =60o so

với phương thẳng đứng

Cho g =10 m/s2

m Q

P O

α

R

ℓ

F ht

Giải:Chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất.

Vật m chịu tác dụng của 3 lực:

-Hợp lực của Q và P là lực

hướng tâm Fht

Áp dụng ĐL II Newton,ta có

Q + P=Fht=mahtFht=mω2R=P.tanα mω2.ℓ.sinα=mg.tanαω2=

ω2=23,094  ω=4,805(rad/s)

g.tanα ℓ.sinα