Bài Tập SGK Vật Lí 10 - Chân Trời Sáng Tạo
Giải SGK bài 21 Động lực học của chuyển động tròn. Lực hướng tâm Vật lí 10 Chân trời sáng tạo
Bài viết sau đây của HocThatGioi sẽ hướng dẫn bạn những phương pháp và lời giải chi tiết nhất, giúp giải quyết toàn bộ các câu hỏi và bài tập trong bài 21 Động lực học của chuyển động tròn. Lực hướng tâm. Các câu hỏi này nằm ở các trang 131, 132, 133, 134 Vật lí 10 Chân trời sáng tạo. Hy vọng các bạn sẽ nắm chắc và hiểu được toàn bộ bài học sau khi xem bài viết dưới đây.
Giải SGK câu hỏi mở đầu trang 131 Vật lí 10 Chân trời sáng tạo
Em nhận xét gì về mặt đường đua trong Hình 21.1? Tại sao người ta phải xây dựng mặt đường ở một số đoạn vòng cung có độ nghiêng so với phương ngang như vậy?
Lời giải chi tiết:
Vì khi vào đoạn đường cong, sẽ xuất hiện lực hướng tâm.
– Nếu đi trên đoạn đường thẳng thì trọng lực và phản lực của xe cân bằng với nhau.
– Nếu đi vào đoạn đường cong, lúc này lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm.
Do đó xuất hiện phản lực của lực hướng tâm chính là lực li tâm có xu hướng kéo vật ra khỏi quỹ đạo chuyển động cong, nếu lực ma sát nghỉ không đủ lớn để thắng được lực li tâm thì xe sẽ bị văng ra khỏi quỹ đạo. Dẫn đến người ta phải tạo độ nghiêng cho đoạn đường cong so với phương ngang, để tăng độ lớn cho lực hướng tâm.
Vì khi vào đoạn đường cong, sẽ xuất hiện lực hướng tâm.
– Nếu đi trên đoạn đường thẳng thì trọng lực và phản lực của xe cân bằng với nhau.
– Nếu đi vào đoạn đường cong, lúc này lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm.
Do đó xuất hiện phản lực của lực hướng tâm chính là lực li tâm có xu hướng kéo vật ra khỏi quỹ đạo chuyển động cong, nếu lực ma sát nghỉ không đủ lớn để thắng được lực li tâm thì xe sẽ bị văng ra khỏi quỹ đạo. Dẫn đến người ta phải tạo độ nghiêng cho đoạn đường cong so với phương ngang, để tăng độ lớn cho lực hướng tâm.
Giải SGK mục 1, 2 trang 132, 133 Vật lí 10 Chân trời sáng tạo
Dưới đây là các phương pháp giải và đáp án chính xác nhất cho các câu hỏi hoạt động ở mục 1 và mục 2 thuộc bài 21 Động lực học của chuyển động tròn. Lực hướng tâm ở các trang 132, 133 SGK Vật lí 10 Chân trời sáng tạo. Các bạn có thể tham khảo ở ngay bên dưới nhé!
Giải SGK câu hỏi 1 trang 132
Trong hệ Mặt Trời, chuyển động của một số hành tinh như Trái Đất được xem gần đúng là chuyển động tròn đều xung quanh Mặt Trời (Hình 21.3). Lực nào đóng vai trò là lực hướng tâm trong chuyển động này của Trái Đất.
Lời giải chi tiết:
Lực đóng vai trò là lực hướng tâm trong chuyển động này là trọng lực (lực hấp dẫn).
Lực đóng vai trò là lực hướng tâm trong chuyển động này là trọng lực (lực hấp dẫn).
Giải SGK câu hỏi luyện tập trang 132
Vinasat-1 là vệ tinh viễn thông địa tĩnh (có vị trí cố định trong không gian so với Trái Đất) đầu tiên của Việt Nam được phóng vào vũ trụ năm 2008. Biết khối lượng vệ tinh là m = 2,7 tấn và vệ tinh có quỹ đạo chuyển động nằm trong mặt phẳng xích đạo cách tâm Trái Đất 42 000 km. Hãy xác định độ lớn lực hướng tâm do Trái Đất tác dụng lên vệ tinh.
Phương pháp giải:
Biểu thức tính lực hướng tâm: $F_{ht} = m \cdot a_{ht} = m \cdot \frac {v^2}{R}$
Biểu thức tính lực hướng tâm: $F_{ht} = m \cdot a_{ht} = m \cdot \frac {v^2}{R}$
Lời giải chi tiết:
Vệ tinh Vinasat-1 chuyển động trong mặt phẳng quỹ đạo với vận tốc là $9000 m/s$
Ta có: $m = 2,7 tấn = 2700 kg; R = 42 000 km = 4,2.107 m$.
Lực hướng tâm do Trái Đất tác dụng lên vệ tinh là:
$F_{ht} = m \cdot \frac {v^2}{R} = 2700 \cdot \frac {9000^2}{4,2\cdot10^7} \approx 5207(N)$
Vệ tinh Vinasat-1 chuyển động trong mặt phẳng quỹ đạo với vận tốc là $9000 m/s$
Ta có: $m = 2,7 tấn = 2700 kg; R = 42 000 km = 4,2.107 m$.
Lực hướng tâm do Trái Đất tác dụng lên vệ tinh là:
$F_{ht} = m \cdot \frac {v^2}{R} = 2700 \cdot \frac {9000^2}{4,2\cdot10^7} \approx 5207(N)$
Giải SGK câu hỏi 2 trang 132
Khi ô tô chạy theo đường vong cung, tài xế cần lưu ý những điều gì để tránh tai nạn xảy ra?
Phương pháp giải:
Vận dụng lí thuyết trong sách giáo khoa trang 132 – 133.
Vận dụng lí thuyết trong sách giáo khoa trang 132 – 133.
Lời giải chi tiết:
Khi ô tô chạy theo đường vòng cung, tài xế cần lưu ý: không được chạy tốc độ quá mức giới hạn với biểu thức tính tốc độ giới hạn là:
$v = \sqrt{u \cdot g \cdot R}$
Khi ô tô chạy theo đường vòng cung, tài xế cần lưu ý: không được chạy tốc độ quá mức giới hạn với biểu thức tính tốc độ giới hạn là:
$v = \sqrt{u \cdot g \cdot R}$
Giải SGK câu hỏi luyện tập trang 133
Cho bán kính cung tròn mà xe chạy theo bằng 35,0 m, hệ số ma sát nghỉ giữa mặt đường và bánh xe bằng 0,523. Xác định tốc độ tối đa để xe có thể đi vào đoạn đường cung tròn an toàn.
Phương pháp giải:
Tốc độ giới hạn của xe khi đi trong đoạn đường cung tròn:
$v = \sqrt{u \cdot g \cdot R}$
Tốc độ giới hạn của xe khi đi trong đoạn đường cung tròn:
$v = \sqrt{u \cdot g \cdot R}$
Lời giải chi tiết:
Ta có: $\mu = 0,523; R = 35,0 m; g = 10 m/s^2$
$\Rightarrow$ Tốc độ giới hạn của xe là:
$v = \sqrt{u \cdot g \cdot R} = \sqrt{0,523 \cdot 10 \cdot 35} \approx 13,53(m/s)$
Ta có: $\mu = 0,523; R = 35,0 m; g = 10 m/s^2$
$\Rightarrow$ Tốc độ giới hạn của xe là:
$v = \sqrt{u \cdot g \cdot R} = \sqrt{0,523 \cdot 10 \cdot 35} \approx 13,53(m/s)$
Giải SGK câu hỏi vận dụng trang 133
Khi xe chạy theo đường vòng cung nằm ngang, tốc độ tối đa của xe để giữ an toàn phụ thuộc vào hệ số ma sát nghỉ và bán kính đường tròn? Tốc độ này có phụ thuộc vào trọng lượng của xe không? Từ đó, hãy đề xuất những yếu tố quan trọng cần lưu ý khi thiết kế cầu đường có hình vòng cung.
Phương pháp giải:
Biểu thức tính tốc độ giới hạn khi xe chạy theo đường vòng cung:
$v = \sqrt{u \cdot g \cdot R}$
Biểu thức tính tốc độ giới hạn khi xe chạy theo đường vòng cung:
$v = \sqrt{u \cdot g \cdot R}$
Lời giải chi tiết:
Dựa vào biểu thức tính tốc độ giới hạn của xe chạy theo đường vòng cung, ta có tốc độ tối đa của xe để giữ an toàn tỉ lệ thuận với căn bậc 2 của hệ số ma sát nghỉ và bán kính đường tròn
Tốc độ này không phụ thuộc vào trọng lượng của xe.
$\Rightarrow$ Những yếu tố quan trọng cần lưu ý khi thiết kế cầu đường có hình vòng cung:
+ Mặt đường phải nghiêng một góc $θ$ so với phương ngang để hợp lực hướng vào tâm đường tròn và đóng vai trò là lực hướng tâm.
Dựa vào biểu thức tính tốc độ giới hạn của xe chạy theo đường vòng cung, ta có tốc độ tối đa của xe để giữ an toàn tỉ lệ thuận với căn bậc 2 của hệ số ma sát nghỉ và bán kính đường tròn
Tốc độ này không phụ thuộc vào trọng lượng của xe.
$\Rightarrow$ Những yếu tố quan trọng cần lưu ý khi thiết kế cầu đường có hình vòng cung:
+ Mặt đường phải nghiêng một góc $θ$ so với phương ngang để hợp lực hướng vào tâm đường tròn và đóng vai trò là lực hướng tâm.
Giải SGK bài tập trang 134 Vật lí 10 Chân trời sáng tạo
Phần bài tập của bài 21 Động lực học của chuyển động tròn. Lực hướng tâm nằm ở trang 134 SGK Vật lí 10 Chân trời sáng tạo sẽ giúp các bạn củng cố những kiến thức đã được học trong bài. Dưới đây là những phương pháp giải và đáp án chi tiết, chính xác nhất mà các bạn có thể tham khảo. Cùng xem ngay bên dưới nhé!
Giải SGK bài 1 trang 134
Một đầu của dây nhẹ dài 0,80 m được buộc một vật có khối lượng 3,00 kg. Vật chuyển động tròn đều quanh đầu kia của dây trên mặt bàn nằm ngang (Hình 21P.1). Giả sử không có ma sát giữa vật và mặt bàn. Khi tốc độ quay của dây là 1,60 vòng/s thì dây đứt. Tính lực căng dây lớn nhất.
Phương pháp giải:
Biểu thức tính lực hướng tâm: $F_{ht} = m \cdot a_{ht} = m \cdot \omega^2 \cdot R$
Biểu thức tính lực hướng tâm: $F_{ht} = m \cdot a_{ht} = m \cdot \omega^2 \cdot R$
Lời giải chi tiết:
Ta có lực căng dây đóng vai trò là lực hướng tâm
Do khối lượng và bán kính của vật chuyển động xung quanh bàn không đổi nên lực căng phụ thuộc vào tốc độ góc. Lực căng dây lớn nhất khi tốc độ góc lớn nhất
Ta có: $m = 3 kg; R = 0,8 m; \omega_{max} = 1,6 vòng/s = 1,62 \cdot 2\pi = 10 rad/s$/
$\Rightarrow$ Lực căng dây lớn nhất là:
$T_{max} = F_{ht max} = m \cdot \omega^2_{max} \cdot R = 3 \cdot 10^2 \cdot 0,8 = 240(N)$.
Ta có lực căng dây đóng vai trò là lực hướng tâm
Do khối lượng và bán kính của vật chuyển động xung quanh bàn không đổi nên lực căng phụ thuộc vào tốc độ góc. Lực căng dây lớn nhất khi tốc độ góc lớn nhất
Ta có: $m = 3 kg; R = 0,8 m; \omega_{max} = 1,6 vòng/s = 1,62 \cdot 2\pi = 10 rad/s$/
$\Rightarrow$ Lực căng dây lớn nhất là:
$T_{max} = F_{ht max} = m \cdot \omega^2_{max} \cdot R = 3 \cdot 10^2 \cdot 0,8 = 240(N)$.
Giải SGK bài tập 2 trang 134
Mô hình đơn giản của nguyên tử hydrogen giả sử rằng electron chuyển động tròn đều quanh hạt nhân với tốc độ bằng 2,2.10$^6$ m/s. Quỹ đạo chuyển động có bán kính bằng 0,53.10$^{-10}$ m. Hãy tính độ lớn của lực tương tác giữa electron và hạt nhân.
Phương pháp giải:
Biểu thức tính lực hướng tâm: $F_{ht} = m \cdot a_{ht} = m \cdot \frac {v^2}{R}$
Biểu thức tính lực hướng tâm: $F_{ht} = m \cdot a_{ht} = m \cdot \frac {v^2}{R}$
Lời giải chi tiết:
Lực tương tác giữa các electron và hạt nhân đóng vai trò là lực hướng tâm.
Ta có: $m_e = 0,1 \cdot 10^{-31} kg; v = 2,2 \cdot 10^6 m/s; R = 0,53 \cdot 10^{-10} m$.
$\Rightarrow$ Độ lớn lực hướng tâm:
$F_{ht} = m \cdot \frac {v^2}{R} = 9,1 \cdot 10^{-31} \cdot \frac {(2,2 \cdot 10^6)^2}{0,53 \cdot 10^{-10}} \approx 8,31 \cdot 10^{-7}(N)$
Lực tương tác giữa các electron và hạt nhân đóng vai trò là lực hướng tâm.
Ta có: $m_e = 0,1 \cdot 10^{-31} kg; v = 2,2 \cdot 10^6 m/s; R = 0,53 \cdot 10^{-10} m$.
$\Rightarrow$ Độ lớn lực hướng tâm:
$F_{ht} = m \cdot \frac {v^2}{R} = 9,1 \cdot 10^{-31} \cdot \frac {(2,2 \cdot 10^6)^2}{0,53 \cdot 10^{-10}} \approx 8,31 \cdot 10^{-7}(N)$
Giải SGK bài tập 3 trang 134
Một vật nặng có kích thước nhỏ, có khối lượng 0,50 kg, được buộc vào đầu một dây có chiều dài 1,5 m. Vật chuyển động đều trên đường tròn nằm ngang (Hình 21P.2). Cho biết dây chỉ chịu được lực căng tối đa bằng 50 N. Hãy tính tốc độ quay lớn nhất của vật để dây không bị đứt.
Phương pháp giải:
Biểu thức tính lực hướng tâm: $F_{ht} = m \cdot a_{ht} = m \cdot \frac {v^2}{R}$
Biểu thức tính lực hướng tâm: $F_{ht} = m \cdot a_{ht} = m \cdot \frac {v^2}{R}$
Lời giải chi tiết:
Lực đóng vai trò là lực hướng tâm trong trường hợp trên là lực căng.
$\Rightarrow$ Vận tốc cực đại của vật để dây không bị đứt là:
$T_{max} = F_{ht max} = m \cdot \frac {v^2_{max}}{R}$
$\Rightarrow v_{\max} = \sqrt{\frac{T_{\max} \cdot R}{m}} = \sqrt{\frac{50 \cdot 1,5}{0,5}} \approx 12,23(m/s)$
Lực đóng vai trò là lực hướng tâm trong trường hợp trên là lực căng.
$\Rightarrow$ Vận tốc cực đại của vật để dây không bị đứt là:
$T_{max} = F_{ht max} = m \cdot \frac {v^2_{max}}{R}$
$\Rightarrow v_{\max} = \sqrt{\frac{T_{\max} \cdot R}{m}} = \sqrt{\frac{50 \cdot 1,5}{0,5}} \approx 12,23(m/s)$
Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của HocThatGioi. Bài viết trên đã giải quyết tất cả các câu hỏi luyện tập, vận dụng cùng các bài tập trong bài 21 Động lực học của chuyển động tròn. Lực hướng tâm ở các trang 131, 132, 133, 134 Vật lí 10 Chân trời sáng tạo. Hy vọng bài viết sẽ giúp các bạn giải đáp được các thắc mắc của mình trong bài học này. Cảm ơn các bạn đã theo dõi, hẹn gặp lại vào các bài viết tiếp theo nhé.
