Bài 32. Lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm

Tại sao Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời? Tại sao trên những đoạn đường vòng thường phải hạn chế tốc độ của xe và mặt đường thường phải hơi nghiêng về phía tâm?

Để tính độ lớn của gia tốc hướng tâm ta sử dụng công thức gia tốc: $\vec{a}=\frac{\mathrm{\Delta }\vec{v}}{\mathrm{\Delta }t}\mathrm{.}$ Khi vật chuyển động tròn đều từ A đến B trong thời gian $\mathrm{\Delta }t$ thì độ dịch chuyển của vật là vectơ $\overrightarrow{AB}$ (Hình 32.2a), có độ lớn là: $d=v$ At. Gọi ${\vec{v}}_A$ và ${\vec{v}}_B$ là các vectơ vận tốc tức thời tại A và B. Vì chuyển động là tròn đều nên các vectơ này có độ lớn không đổi, chỉ thay đổi về htướng. Sự thay đổi về hướng được biểu diễn bằng vecto $\mathrm{\Delta }\vec{v}={\vec{v}}_B-{\vec{v}}_A$ (Hình 32.2b). Tam giác AOB ở Hình 32.2a và tam giác EAC ở Hình 32.2b là hai tam giác cân đồng dạng nên: $\frac{\mathrm{\Delta }v}{v}=\frac{AB}{r}\Rightarrow \frac{\mathrm{\Delta }v}{v}=\frac{v\mathrm{.}\mathrm{\Delta }t}{r}$ Suy ra: $a_{ht}=\frac{\mathrm{\Delta }v}{\mathrm{\Delta }t}=\frac{v^2}{r}\mathrm{.}$ Vì $v=\omega \mathrm{.}r$ nên: $a_{ht}=\frac{v^2}{r}={\omega }^2\mathrm{.}r$

. Gia tốc trong chuyển động tròn đều luôn hướng vào tâm quỹ đạo và có độ lớn là: $a_{ht}=\frac{v^2}{r}={\omega }^2\mathrm{.}r$ • Lực (hay hợp lực của các lực) tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm. Biểu thức của lực hướng tâm: $F_{ht}=m\mathrm{.}{a}_{ht}=\frac{m\mathrm{.}{v}^2}{r}=m\mathrm{.}{\omega }^2\mathrm{.}r\mathrm{.}$

1. Giải thích lí do vì sao trong thực tế người ta chỉ làm cầu vồng lên chứ không làm cầu võng xuống? 2. Giải thích vì sao trong môn xiếc mô tô bay, diễn viên xiếc có thể đi mô tô trong thành của một cái lồng quay tròn mà không bị rơi (Hình 32.7).

Chuyển động li tâm $F_{msn}(max)<m\mathrm{.}{m}^2\mathrm{.}r$ Một vật đặt trên mặt chiếc bàn quay. Nếu tăng tốc độ góc $\omega$ của bàn quay đến một giá trị nào đó thì lực ma sát nghỉ cực đại nhỏ hơn lực hướng tâm cần thiết $(F_{ht}=m\mathrm{.}{\omega }^2\mathrm{.}r)$ để giữ cho vật chuyển động tròn. Khi ấy vật trượt trên bàn ra xa tâm quay, rồi văng ra khỏi bàn theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo. Chuyển động như vậy của vật được gọi là chuyển động li tâm (Hình 32.8). Giải thích tại sao thùng giặt quần áo của máy giặt có nhiều lỗ thủng ở thành xung quanh.

• Biến dạng kéo và biến dạng nén • Định luật Hooke • Khối lượng riêng • Áp lực và áp suất • Áp suất của chất lỏng