Đang tải... (xem toàn văn)
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.. Khi cho bơm hoạt động, các quạt trong thân bơm quay [r]
(1)_Để định luật Newton nghiệm đúng hệ quy chiếu chuy ển đ ộng có gia tốc cần có thêm lực quán tính Trong trường hợp h ệ quy chi ếu tròn thì lực quán tính này có đặc điểm nào ? _Các nhà du hành vũ trụ có thể trạng thái không trọng lượng trên vũ trụ là đâu? Câu trả lời cho câu hỏi trên chính là : Lực quán tính li tâm (2) BÀI 22: LỰC HƯỚNG TÂM VÀ LỰC QUÁN TÍNH LI TÂM HIỆN TƯỢNG TĂNG, GIẢM, MẤT TRỌNG LƯỢNG (3) I_LỰC HƯỚNG TÂM VÀ LỰC QUÁN TÍNH LI TÂM 1)Lực hướng tâm: Nhận xét: Buộc vật nhỏ A vào đầu sợi dây.Ta cầm đầu 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 (4) Lực hướng tâm: Ta có:Gia tốc của vật chuyển động tròn đều hướng vào tâm: aht= Theo định luật II Newton,lực gây 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= (5) 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 quay mặt phẳng nằm ngang Khi đó có thể coi lực căng Q của dây là lực hướng tâm.Nếu quay chậm,dây quét thành hình mặt nón.Khi đó hợp lực của lực căng Q và trọng lực P là lực hướng tâm Q Fht P (6) Ví dụ 2:Một vật đặt trên cái bàn quay.Nếu bàn quay không quá nhanh,vật sẽ cùng quay với bàn.Khi đó lực ma sát nghỉ bàn tác dụng lên vật là lực hướng tâm Fmsn (7) 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 h R (8) 2.Lực quán tính li tâm: Ở ví dụ 2,khi vật đặt trên bàn và quay đều,xét 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 gọi là lực li tâm Ta có: Fqt=-maht hay độ lớn: Fqt= =mω2r z N Fqt Fms P x y (9) Fmsn 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 xa tâm (10) (11) 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 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 hệ quy chiếu quán tính).Trong trường hợp đó,trọng lực là lực hấp dẫn mà Trái Đất tác dụng lên vật P=Fhd (12) 2.Sự tăng,giảm và mất trọng lượng Trên thực tế,có nhiều trường hợp vật đặt 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 chuyển động của hệ gây Đặt: P’ = P + Fqt P’ là trọng lực biểu kiến,độ lớn P’ gọi là trọng lượng biểu kiến của vật (13) Khi người đứng trên sàn thang may,thang chuyển động với gia tốc a -Nếu a hướng lên thì Fqt hướng xuống và P’= P+ Fqt = m(g+a) Khi đó người đè lên thang máy một lực lớn mg.Đây là hiện tượng tăng trọng lượng biểu kiến -Nếu a hướng xuống thì Fqt hướng lên và P’= P- Fqt =m(g-a) Khi đó người đè lên thang máy một lực nhỏ mg.Đây là hiện tượng giảm trọng lượng biểu kiến (14) -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 (15) Một số ứng dụng lực quán tính li tâm Máy giặt hiện đã khá phổ biến Tại máy có thể giặt đồ bẩn thời gian ngắn Đặt quần áo ướt vào máy , trục quay nhanh, lực liên kết các hạt nước không đẻ giữ cho nước chuyển động tròn Vì vậy nước sẽ tách khỏi quần áo và bắn ngoài lồng Cứ vậy sau một thời gian ngắn quần áo sẽ khô Máy bơm Khi cho bơm hoạt động, các quạt thân bơm quay tròn, làm cho nước đó quay theo Do lực kết hợp các phần tử nước không đủ giữ chúng trên quỹ đạo tròn nên hạt nước này bắn theo phương tiếp tuyến lên ống đứng thẳng Ở quanh cánh quạt thân bơm, áp suất giảm xuống Áp suất khí làm nước bên ngoài dồn vào thân bơm, giúp đưa nước xa (16) Câu 1:Hãy chọn câu đúng: Các nhà du hành vũ trụ trên tàu quay quanh Trái Đất đều trọng trạng thái mất trọng lượng là do: A Con tàu rất xa Trái Đất nên lực hút của Trái Đất giảm đáng kể B Con tàu vào vùng mà lực hút của Trái Đất và lực hút của Mặt Trăng cân bằng C Con tàu đã thoát khỏi khí của Trái Đất D Các nhà du hành và tàu cùng “rơi” về Trái Đất với gia tốc g nên không còn lực cản của người đè vào sàn tàu (17) Câu 2:Trong thí nghiệm ví dụ 1,dây dài 0,5m.Hãy tính số vòng dây 1s (ω) để dây lệch góc α =60o so với phương thẳng đứng Cho g =10 m/s2 Giải:Chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất α ℓ Vật m chịu tác dụng của lực: -Lực căng dây Q -Trọng lực P -Hợp lực của Q và P là lực hướng tâm Fht Q O Fht m R Áp dụng ĐL II Newton,ta có Q + P=Fht=mahtFht=mω2R=P.tanα mω2.ℓ.sinα=mg.tanαω2= P g.tanα ℓ.sinα ω2=23,094 ω=4,805(rad/s) (18) (19)