Bai 22-Luc huong tam

_Để định luật Newton nghiệm đúng trong hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc cần có thêm lực quán tính. Trong trường hợp hệ quy chiếu tròn đều thì lực quán tính này có đặc điểm như thế nào ?

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
Fht
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: Fqt=-maht hay độ lớn: Fqt= =mω2r

Fqt
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 = Fhd + Fq
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=Fhd
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 Fqt=-ma do chuyển động của hệ gây ra.
Đặt: P’ = P + Fqt
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
-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

-Nếu a = g thì Fqt hướng lên và P’= P-Fqt =0
Không còn trọng lực .
Gọi là trạng thái mất trọng lượng biểu kiến
Một số ứng dụng của lực quán tính li tâm
Máy giặt hiện nay đã khá phổ biến . Tại sao máy có thể 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 vào thân bơm, giúp đưa nước đi xa.
Củng Cố Bài Học
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
Fht
Giải:Chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất. Vật m chịu tác dụng của 3 lực:
-Lực căng dây Q -Trọng lực P -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
CẢM ƠN
THẦY VÀ CÁC BẠN
ĐÃ LẮNG NGHE