Chuyển động tròn – Các dạng bài tập
4 dạng bài: đại lượng đặc trưng, xe qua cua, xe qua cầu cong, con lắc nón.
Dạng 1. Tính các đại lượng đặc trưng
Kỳ thi hay gặp: học kỳ, tốt nghiệp, đánh giá năng lực.
Phương pháp: đổi về rad và giây, rồi dùng $\omega = 2\pi/T$, $v = \omega r$, $a = \omega^2 r$.
Ví dụ. Kim phút của đồng hồ dài 10 cm. Tính tốc độ góc và tốc độ dài của đầu kim.
Lời giải. $T = 3600$ s nên $\omega = \dfrac{2\pi}{3600} \approx 1{,}75\cdot 10^{-3}$ rad/s; $v = \omega r \approx 1{,}75\cdot 10^{-4}$ m/s.
Dạng 2. Xe qua đoạn cua nằm ngang
Kỳ thi hay gặp: học kỳ, học sinh giỏi.
Phương pháp: ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm; xe không trượt khi $\mu mg \ge \dfrac{mv^2}{r}$.
Ví dụ. Xe 1000 kg qua đoạn cong bán kính 50 m với 10 m/s. Tính lực hướng tâm. Với $\mu = 0{,}5$, vận tốc tối đa không trượt là bao nhiêu ($g = 10$ m/s²)?
Lời giải. $F_{ht} = \dfrac{1000\cdot 10^2}{50} = 2000$ N; $v_{max} = \sqrt{\mu gr} = \sqrt{250} \approx 15{,}8$ m/s.
Dạng 3. Xe qua cầu cong
Kỳ thi hay gặp: học sinh giỏi, đánh giá năng lực.
Phương pháp: tại điểm cao nhất của cầu lồi, hướng tâm hướng xuống: $mg - N = \dfrac{mv^2}{r}$.
Ví dụ. Xe 1000 kg qua cầu vồng lồi bán kính 40 m với 10 m/s, $g = 10$ m/s². Tính áp lực lên mặt cầu ở điểm cao nhất và vận tốc để xe bắt đầu rời mặt cầu.
Lời giải. $N = m\left(g - \dfrac{v^2}{r}\right) = 1000(10 - 2{,}5) = 7500$ N. Xe rời mặt cầu khi $N = 0$: $v = \sqrt{gr} = 20$ m/s.
Dạng 4. Con lắc nón
Kỳ thi hay gặp: học sinh giỏi (nâng cao).
Phương pháp: $\tan\alpha = \dfrac{\omega^2 r}{g}$ với $r = l\sin\alpha$, suy ra $\omega^2 = \dfrac{g}{l\cos\alpha}$.
Ví dụ. Vật nặng buộc dây dài 1 m quay tròn đều trong mặt phẳng ngang, dây lệch 30° so với phương thẳng đứng, $g = 10$ m/s². Tính chu kì.
Lời giải. $T = 2\pi\sqrt{\dfrac{l\cos\alpha}{g}} = 2\pi\sqrt{\dfrac{0{,}866}{10}} \approx 1{,}85$ s.
Câu luyện tập
- Vật chuyển động tròn đều bán kính 0,5 m, tần số 2 Hz. Tính $\omega$, $v$ và $a$.
- Xe 800 kg qua cua bán kính 100 m với 20 m/s. Tính lực hướng tâm.
- Vật 0,2 kg buộc dây dài 0,5 m quay đều trên mặt bàn nhẵn với 3 m/s. Tính lực căng dây.
- Để xe qua cầu lồi bán kính 90 m không rời mặt cầu, vận tốc tối đa là bao nhiêu ($g = 10$ m/s²)?
Xem đáp án
- $\omega = 4\pi \approx 12{,}6$ rad/s; $v \approx 6{,}28$ m/s; $a \approx 79$ m/s²
- $F = 800\cdot 400/100 = 3200$ N
- $T = 0{,}2\cdot 9/0{,}5 = 3{,}6$ N
- $v = \sqrt{10\cdot 90} = 30$ m/s
Lưu ý. Ví dụ và câu luyện là bài soạn mới, mô phỏng dạng bài thường gặp, không sao chép đề thi thật.
Trắc nghiệm
Đăng nhập để lưu điểm và tiến độ.