Lý thuyết và bài tập về chuyển động tròn đều Vật Lý 10

Trong môn Vật lý 10, chuyển động tròn đều được xem là kiến thức trọng tâm của môn học. Những bài tập liên quan đến chuyển động tròn đều rất nhiều và xuất hiện trong các đề thi. Bài viết sau đây lessonopoly sẽ gửi đến bạn kiến thức và bài tập liên quan đến chuyển động tròn đều. Các bạn hãy cùng tham khảo nhé!

Chuyển động tròn là chuyển động có quỹ đạo là một đường tròn
Chuyển động tròn là chuyển động có quỹ đạo là một đường tròn

Chuyển động tròn là gì?

Trong vật lý, chuyển động tròn là chuyển động quay của một chất điểm trên một vòng tròn: một cung tròn hoặc quỹ đạo tròn. Nó có thể là một chuyển động đều với vận tốc góc không đổi, hoặc chuyển động không đều với vận tốc góc thay đổi theo thời gian. Các phương trình mô tả chuyển động tròn của một vật không có kích thước hình học, đúng hơn là chuyển động của một điểm giả định trên một mặt phẳng. Trong thực tế, khối tâm của vật đang xét có thể được coi là chuyển động tròn.

Ví dụ chuyển động tròn của một vệ tinh nhân tạo bay quanh Trái Đất theo một quỹ đạo địa tĩnh, một hòn đá được cột với một sợi dây và quay tròn (ném tạ), một chiếc xe đua chạy qua một đường cong trong một đường đua, một electron chuyển động vuông góc với một từ trường đều, và bánh răng quay trong một máy cơ khí.

 Chuyển động tròn là chuyển động quay của một chất điểm trên một vòng tròn
Chuyển động tròn là chuyển động quay của một chất điểm trên một vòng tròn

Chuyển động tròn là không đều ngay cả khi vận tốc góc ω không đổi, bởi vì vector vận tốc v của điểm đang xét liên tục đổi hướng. Sự thay đổi hướng của vận tốc liên quan đến gia tốc gây ra do lực hướng tâm kéo vật di chuyển về phía tâm của quỹ đạo tròn. Nếu không có gia tốc này, đối tượng sẽ di chuyển trên một đường thẳng theo các định luật của Newton về chuyển động.

Chuyển động tròn đều là gì?

Chuyển động tròn là chuyển động có quỹ đạo là một đường tròn. 

Tốc độ trung bình = Độ dài cung tròn mà vật đi được/ Thời gian chuyển động.

Chuyển động tròn đều là chuyển động có quỹ đạo tròn và vật đi được những cung tròn bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau bất kì.

Hãy theo dõi video sau đây để hiểu thêm về chuyển động tròn đều nhé!

Trung bình vận chuyển trong vòng tròn chuyển động

Tốc độ trung bình = Độ dài cung tròn mà vật đi được/ Thời gian chuyển động.

Tốc độ và tốc độ góc

Vận tốc (Vận tốc dài)

Gọi Δs là độ dài của cung tròn mà vật đi được trong khoảng thời gian rất ngắn 

chuyen dong tron deu 03

 Là tốc độ dài của vật.

Trong chuyển động tròn đều tốc độ dài của vật có độ lớn không đổi.

* Vectơ vận tốc trong chuyển động tròn đều.

Vectơ vận tốc trong chuyển động tròn đều luôn có phương tiếp tuyến với đường tròn quỹ đạo.

chuyen dong tron deu 04

Trong chuyển động tròn đều, vectơ vận tốc có phương luôn luôn thay đổi.

Tốc độ góc (ω)

Tốc độ của chuyển động tròn đều là đại lượng đo bằng góc mà bán kính OM quét được trong một đơn vị thời gian. Tốc độ góc của chuyển động tròn đều là đại lượng không đổi.

Tốc độ của chuyển động tròn đều là đại lượng đo bằng góc
Tốc độ của chuyển động tròn đều là đại lượng đo bằng góc

Ta có chuyen dong tron deu 06  là góc mà bán kính nối từ tâm đến vật quét được trong thời gian Δt,

Đơn vị tốc độ góc là rad/s

Chu kì (T)

Chu kì của chuyển động tròn đều là thời gian để vật đi được một vòng.

chuyen dong tron deu 07

Đơn vị của chu kì là giây (s).

Tần số (f)

Tần số của chuyển động tròn đều là số vòng mà vật đi được trong một giây.

f = 1/ T

Đơn vị của tần số là vòng /s hoặc hec (Hz).

Liên hệ công thức giữa tốc độ dài và góc vận tải

Ta có : v=ω.rv=ω.r với r là bán kính quỹ đạo

Gia tốc hướng tâm

Gia tốc là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự thay đổi của vận tốc theo thời gian. Nó là một trong những đại lượng cơ bản dùng để mô tả chuyển động. Cũng như vận tốc, gia tốc là đại lượng hữu hướng (vector). Thứ nguyên của gia tốc là độ dài trên bình phương thời gian. Trong hệ đơn vị quốc tế SI, gia tốc có đơn vị là m/s² (mét trên giây bình phương, nghĩa là m/s mỗi giây).

Chuyển động tăng tốc khi vectơ gia tốc cùng chiều với chiều chuyển động; giảm tốc khi vectơ gia tốc ngược chiều với chiều chuyển động; đổi hướng khi véc tơ gia tốc có phương khác với phương chuyển động.

Gia tốc hướng tâm là gia tốc của chuyển động trên một quỹ đạo cong. Nếu xét trong hệ quy chiếu gắn với vật chuyển động (trong đó vật là đứng yên) gia tốc hướng tâm cần cân bằng với gia tốc ly tâm gây ra bởi lực quán tính trong hệ quy chiếu này. Như vậy gia tốc này hướng vào tâm cong của quỹ đạo (ngược hướng của gia tốc ly tâm) và có độ lớn bằng độ lớn của gia tốc ly tâm:

chuyen dong tron deu 08

Nếu xét trường hợp đơn giản là chuyển động tròn đều (tốc độ không đổi) trên quỹ đạo là đường tròn thì cả v và R là không đổi và gia tốc hướng tâm là không đổi.

Trong chuyển động tròn, gia tốc hướng tâm luôn hướng vào tâm quay, có phụ thuộc vào độ lớn, bán kính và tốc độ quay.

Ví dụ: Chuyển động quay của đầu cánh quạt khi ổn định

Cũng trong chuyển động tròn, gia tốc vuông góc với chiều chuyển động và ngược với chiều mà ta cảm nhận.

Xem thêm: Các phương pháp phân tích đa thức thành nhân tử và bài tập áp dụng

Xem thêm: Số chính phương là gì? Những bài tập liên quan đến số chính phương

 

Bài tập vận dụng v, ω, T, f trong chuyển động tròn đều

Câu 1. Điền vào ô trống các đại lượng chưa biết trong bảng dưới đây?

STT Góc ở tâm Cung tròn bị chắn Bán kính vòng tròn

(a) …… (rad) 0,25 (m) 0,10 (m)

(b) 0,75 (rad) …… (m) 8,50 (m)

(c) ……. (độ) 4,20 (m) 0,75 (m)

(d) 135 độ 2,60 (m) …… (m)

Câu 2. Vành ngoài của một bánh xe ô tô có bán kính là 25 (cm). Tính tốc độ góc và gia tốc hướng tâm của một điểm trên vành ngoài của bánh xe khi ô tô đang chạy với tốc độ dài 36 (km/h)?

ĐS: ω = 40 (rad/s); a = 400 (m/s2).

Câu 3. Một bánh xe có đường kính 100 9cm) lăn đều với vận tốc 36 (km/h). Tính gia tốc hướng tâm của một điểm trên vành bánh xe và một điểm cách vành bánh xe 1/5 bán kính bánh xe?

ĐS: a1 = 200 (m/s2) – a2 = 250 (m/s2).

Câu 4. Một đĩa tròn có bán kính 40 (cm), quay đều mỗi vòng trong 0,8 (s). Tính tốc độ dài và tốc độ góc, gia tốc hướng tâm của một điểm A nằm trên vành đĩa?

ĐS: v = p (m/s); ω = p/0,4 (rad/s); aht = p2/0,4 (m/s2).

Câu 5. Một đồng hồ có kim giờ dài 3 (cm), kim phút dài 4 (cm). Tính tốc độ dài và tốc độ góc của điểm ở đầu hai kim và so sánh tốc độ góc của hai kim và tốc độ dài của hai đầu kim?

ĐS: 1/12; 1/16.

Câu 6. So sánh vận tốc góc, vận tốc dài và gia tốc hướng tâm của một điểm A nằm ở vành ngoài và một điểm B nằm ở chính giữa bán kính của một đĩa tròn quay đều quanh trục đi qua tâm đĩa?

ĐS: ωA/ωB = 1; vA/vB = 2; aA/aB = 2.

Câu 7. Một bánh xe bán kính 60 (cm) quay đều vòng trong thời gian 2 (s). Tìm chu kì, tần số, tốc độ góc, tốc độ dài và gia tốc hướng tâm của nó?

ĐS: 0.02 (s); 50 (Hz); 3,14 (rad/s); 188,4 (m/s); 59157,6 (m/s2).

Câu 8. Một điểm A nằm trên vành bánh xe chuyển động với vận tốc 50 (cm/s), còn điểm B nằm cùng bán kính với điểm A chuyển động với vận tốc 10 (cm/s). Cho AB = 20 (cm). Hãy xác định vận tốc góc và bán kính của xe?

ĐS: ω = 2 (rad/s), R = 0,25 (m).

Câu 9. Mặt Trăng quay một vòng Trái Đất hết 27 ngày – đêm. Tính tốc độ góc của Mặt Trăng quay quanh Trái Đất?

Bài viết trên đã gửi đến bạn những kiến thức liên quan đến chuyển động tròn đều, hy vọng bài viết trên có thể giúp ích được cho bạn. Chuyển động tròn đều là kiến thức trọng tâm của môn Vật lý lớp 10 nên bạn nhất định phải ghi nhớ và chú ý nhé!

Trả lời