Đây là bài toán vê chuyển động tròn (đều và biến đổi đều). Để giải bài toán chỉ cần nắm được các công thức về chuyển động tròn.
Nếu vật vừa quay tròn vừa tịnh tiến, ta cần chú ý rằng : khi vật là hình trụ tròn lăn không trượt, thì độ dài của cung quay của một điểm trên vành bằng quãng đường đi ; và vận tốc dài của điểm đó bằng vận tốc của vật. Ngoài ra vận tốc của một điểm của vật đối với mặt đường được xác định bằng công thức cộng vận tốc. Như ta thấy, thông thường gia tốc hướng tâm có giá trị lớn. Cần đặc biệt lưu ý đến đơn vị đo khi tính toán bằng số.
+ Bài tập ví dụ :
Một xe ô tô có các bánh xe với bán kính R = 30cm, chuyển động lăn không trượt trên đường.
' E A
B
C
D O
R s
a) Biết rằng các bánh xe ô tô đang quay đều với vận tốc 10 vòng/giây. Tính vận tốc của ô tô. Tính chu kì quay và gia tốc hướng tâm của một điểm M trên bánh xe cách trục quay 20 cm. Xác định vận tốc tức thời so với mặt đất của các điểm A, B, C, D, trên vành bánh xe.(Hình 3.1)
b) Ô tô giảm tốc độ, sau 10s vận tốc quay của bánh xe chỉ còn 5 vòng/giây. Tính gia tốc của ô tô trong chuyển động chậm dần đều. Tính vận tốc của ô tô sau 10 giây và gia tốc của điểm A trong chuyển đông quay quanh trục sau 5s kể từ lúc ô tô bắt đầu giảm tóc độ.
Lời giải
a) Khi bánh xe lăn không trượt, độ dài cung quay CE của một điểm trên vành bằng quãng đường xe đi C’E’:
' ' s CE R C E Do đó vận tốc của xe (và của bánh xe) bằng :
' ' 2
A B R
v R nR
t t
.
Theo đề bài : n = 10 vòng/s ; R = 30cm = 0,3m, suy ra v18,6 m/s. Chu kì quay của điểm M (và của bánh xe) là: 2 1
0,1s
T n
. Gia tốc hướng tâm của điểm M: a R 2 R.42n2 789m/s2.
Áp dụng công thức cộng vận tốc, vận tốc tức thời của điểm A so với mặt đất bằng: VrA vrA vr0
, trong đó vrA
là véc tơ vận tốc của A đối với trục bánh xe O, vr0 là vận tốc của O (của xe) đối với mặt đất.
Suy ra (hình 3.2 a), VrA
song song với mặt đường và có độ lớn:
2 2 37,2 m/s
A A O O
V v v v v ; Lập luận tương tự ta có:
+ Vận tốc tức thời của B so với mặt đất (hình 3.2b) có độ lớn 2 26,2 m/s
VB v ; và có phương hợp với vr
một góc 450. + Vận tốc tức thời của C so với mặt đất (3.2c): VrO 0
.
+ Vận tốc tức thời của D so với mặt đất (hình 3.2d) có độ lớn:
2 26,2 /
VD v ; m s có phương hợp với vr
một góc 450. vrC
vrO
vrA
vrO VrA
VrB vrB
vrO
vrO
VrD vrD
a b
c d
Hình 3.2
b) Gia tốc góc của bánh xe là: 3,14rad/s2 t
;
Gia tốc dài của bánh xe: a R 0,94m/s2. Vận tốc của ô tô sau 10s: v v 0 at ; 9,2m/s Gia tốc của điểm A trong chuyển động quay bằng:
A t n
ar ar ar Ta có:
2
2
0,94m/s
t n
a R
a R
Với o t 15 rad/s 2
Suy ra: a (an2 at2) 665,5 m/s; 2
2.2.3.2. Bài tập luyện tập
Bài 1. Một vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất mỗi vòng hết 90phút. Vệ tinh bay ở độ cao cách mặt đất 320km. Tính vận tốc và gia tốc hướng tâm của vệ tinh. Cho biết bán kính Trái đất R = 6380km.
Bài 2. Một vô lăng quay với gia tốc góc không đổi, vận tốc góc của nó biến thiên từ 60 vòng/phút tới 780 vòng/phút trong 2 phút. Hãy tính gia tốc góc và số vòng quay của vô lăng trong 2 phút đó.
Bài 3. Một máy bay bổ nhào xuống mục tiêu rồi bay vọt lên theo một cung tròn bán kính R = 800m với vận tốc 600 km/h. Tính gia tốc hướng tâm của máy bay.
Bài 4. Hai điểm A và B nằm trên cùng một bán kính của một vô lăng đang quay đều, cách nhau 20cm. Điểm A ở phía ngoài có vận tốc v 0,6 m/s, còn điểm B có vận
tốc vB 0,2 m/s. Tính vận tốc góc của vô lăng và khoảng cách từ điểm B đến trục quay.
Bài 5. Trái đất có thể coi như một hình cầu bán kính R0 6400km có tâm O quay đều quanh Mặt trời trên một đường tròn bán kính R1,5.10 km8 , đồng thời Trái đất tự quay quanh trục đi qua O và vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo của O. Tính các vận tốc dài của một điểm trên xích đạo trái đất lúc giữa trưa và lúc nữa đêm. Các chiều tự quay của Trái đất và quay quanh Mặt trời trùng nhau.
Bài 6. Một hình trụ kim loại đường kính 10cm được đặt vào máy tiện để tiện một cái rãnh. Hình trụ quay với vận tốc góc 2 vòng/s. Cứ mỗi vòng quay lưỡi dao tiện bóc được một lớp kim loại dày 0,1mm.
a) Viết các phương trình cho vận tốc dài v và gia tốc a của điểm tiếp xúc giữa dao và hình trụ.
b) Tính v và a khi rãnh đã sâu 10mm.
Bài 7. Một vệ tinh nhân tạo, ở cách mặt đất 320km, chuyển động tròn đều quanh Trái đất, mỗi vòng 4,5h. Tính vận tốc và gia tốc hướng tâm của vệ tinh. Biết bán kính Trái đất R = 6380km.
Bài 8. Một ô tô chạy với vận tốc 36km/h thì qua một khúc quanh là một cung tròn bán kính 100m. Tính gia tốc hướng tâm của xe.
c. kÕt luËn
Qua đề tài Phương pháp giải bài tập chương Động học chất điểm lớp Vật lý lớp 10 NC giúp cho người đọc thấy được tầm quan trọng phân loại, hệ thống và đưa ra phương pháp để giải quyết một bài toán vật lý. Trong bài tiểu luận này chỉ nghiên cứu chương Động học chất điểm. Bài tập của chương được phân làm ba chủ đề chính, bài tập trong mỗi chủ đề được định dạng và gợi ý phương pháp. Từ thực tế việc dạy và học bài tập vật lý ở trường phổ thông đã đưa ra một số điểm lưu ý mà học sinh phổ thông thường gặp phải trong khi giải bài tập. Điều quan trọng nhất là:
+ Cần khéo léo vận dụng các yêu cầu đã đưa ra khi làm một bài tập.
+ Cần xây dựng cho bản thân thói quen tư duy khoa học, độc lập, lĩnh hội kiến thức một cách logic, đi từ dễ đến khó, từ khái quát đến chi tiết.
+ Đặc biệt nên giải bài tập bằng công thức trước, sau đó mới thay số để tìm kết quả bài toán sau.
Và việc nghiên cứu đã giúp cho bản thân em:
+ Có cái nhìn khái quát về phần cơ học, đặc biệt là phần động học chất điểm nhằm giúp cho em có điều kiện tiếp cận một cách nhanh chóng các kiến thức cơ bản, bài tập định tính, bài tập định lượng vật lý khác.
+ Rèn luyện cho bản thân những bước tư duy, đồng thời giúp em có khả năng suy luận logic, có trình độ tổng hợp, phân tích, đối chiếu một cách có kế hoạch và đạt hiệu quả cao.
+ Là tư liệu cần thiết để em có thể sử dụng vào đợt thực tập sắp tới.
+ Trao dồi kĩ năng sử dụng tin học một cách thành thạo.
Tuy nhiên, đề tài này chỉ đề cập đến một số vấn đề cơ bản, mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng cũng không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quí thầy cô.
d. tài liệu tham khảo