Lực hướng tâm là gì? Công thức tính lực hướng tâm và bài tập từ A – Z

Bạn mất rất nhiều thời gian nhưng vẫn không giải được bài toán lực hướng tâm trong sách giáo khoa. Vì vậy, TRƯỜNG THPT CHUYÊN LAM SƠN chia sẻ lý Lực hướng tâm là gì?? Công thức tính lực hướng tâm Kèm theo đó là một ví dụ có lời giải đầy đủ nhất trong bài viết dưới đây để các bạn tham khảo

Lực hướng tâm là gì?

Lực hoặc kết quả của các lực tác dụng lên một vật trong chuyển động tròn đều và làm cho vật có gia tốc hướng tâm được gọi là lực hướng tâm.

Ví dụ: Lực hấp dẫn giữa Trái đất và vệ tinh nhân tạo đóng vai trò là lực hướng tâm, giữ cho vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái đất.

Đường ô tô, đường sắt ở những đoạn cong phải nghiêng về tâm đường cong để kết hợp lực giữa trọng lực và phản lực của mặt đường tạo thành lực hướng tâm giữ cho xe và tàu dễ dàng chuyển động trên quỹ đạo.

Khi đặt một vật lên bàn quay, lực ma sát được coi là lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động tròn đều.

Công thức tính lực hướng tâm

F_ht = ma_ht = mv² / r = m.ω².r

Trong đó:

• F_ht: là lực hướng tâm (N)
• Một_ht: là gia tốc hướng tâm (m / s²)
• m: là khối lượng của vật (kg)
• r: là bán kính của quỹ đạo tròn (m)
• v là tốc độ của vật chuyển động tròn đều (m / s).
• ω: là tốc độ góc của chuyển động tròn đều (rad / s)

Tham khảo thêm: Công thức tính lực ma sát nghỉ và bài tập có lời giải chuẩn 100%

Bài tập tính lực hướng tâm có lời giải

Ví dụ 1: Một vệ tinh nhân tạo quay quanh Trái đất ở độ cao h bằng bán kính R của Trái đất. Cho R = 6400 km và lấy g = 10 m / s2. Tính tốc độ của vệ tinh?

Câu trả lời

Khi vệ tinh chuyển động tròn đều quanh Trái đất, lực hấp dẫn đóng vai trò là lực hướng tâm:

Ví dụ 2: Xe đạp của một người đi xe đạp chuyển động thẳng đều với v = 36 km / h. Bán kính của lốp xe đạp là 40 cm. Tính tốc độ góc và gia tốc hướng tâm tại một điểm trên lốp.

Câu trả lời

Vận tốc của xe đạp cũng là chiều dài của một điểm trên lốp: v = 10 m / s

Tốc độ góc: = v / t = 25 rad / s

Gia tốc hướng tâm tại một điểm trên bánh xe là:

Một_ht = v²/ r = 250 m / s²

Ví dụ 3: Một máy bay thực hiện động tác nhào lộn bán kính 400 m trong mặt phẳng thẳng đứng với vận tốc 540 km / h. Trải g = 10 m / s²

Một. Tính lực do người lái khối lượng 60 kg tác dụng lên ghế tại các điểm cao nhất và thấp nhất của vòng nhào lộn?

b. Máy bay phải ở tốc độ nào để phi công không bị ép vào ghế?

Hướng dẫn:

Một. Ta có R = 400 m; v = 540 km / h = 150 m / s

Tại thời điểm cao nhất, lực ép của người lái lên ghế là:

Ví dụ 4: Một vệ tinh nhân tạo quay quanh một đường tròn cách mặt đất 400 km, cứ 90 phút lại quay quanh Trái đất một lần. Gia tốc hướng tâm của vệ tinh là bao nhiêu, RTD = 6389 km.

Câu trả lời

T = 90 phút = 5400 giây

Vậy = 2πT = 1,16.10^-3 rad / s

Tôi có một_ht = v²/ r = (R + r) .ω² = 9,13 m / s²

Ví dụ 5: Tính áp suất của một ô tô khối lượng 4 tấn đi qua tâm cầu với vận tốc 72km / h, lấy g = 10m / s2. Trong các trường hợp sau

a) cầu phẳng.

b) cầu cong và cầu lồi bán kính 100m

c) Mặt cầu cong lõm bán kính 200 m.

v = 72km / h = 20m / s; r_{đầu tiên} =; r₂ = 100m; r3 = 200m; g = 10m / s2

Trọng lực P và phản lực N của quả cầu đóng vai trò là lực hướng tâm
F_ht^→= P^→ + N →

coi độ lớn của phản lực N bằng áp suất do ô tô tác dụng lên cầu nên về mặt tính toán ta coi N là độ lớn của lực ép của ô tô lên cầu.

a / Cầu phẳng: F_ht = 0; N = P = mg = 40000N

b / Mặt cầu cong lồi: F_ht = P – NN = P – F_ht= mg – mv² / r = 24000 N.

c / Cầu cong lõm: -F_ht = P – N ⇒ N = F_ht+ P = mg + mv² / r = 56000 N.

Ví dụ 6:

Một ô tô có khối lượng 1200 kg đang chuyển động thẳng đều qua cầu vượt (gọi tắt là cung tròn) với vận tốc 36 km / h. Áp lực của ô tô lên mặt đường tại điểm cao nhất (hình 14.7) là bao nhiêu? Bán kính cong của cầu vượt là 50 m. Lấy g = 10m / s²

Ta có: v = 36km / h = 10m / s; R = 50m; m = 1200kg; g = 10m / s²

Khi ô tô chuyển động đến điểm cao nhất, các lực tác dụng lên ô tô được biểu diễn như hình vẽ bên:

Trên đây là toàn bộ lý thuyết và công thức tính lực hướng tâm giúp các bạn hệ thống hóa kiến ​​thức để vận dụng vào làm bài tập một cách nhanh chóng và chính xác.