Giáo Dục

Giải vật lí 10 bài 21: Chuyển động tịnh tiến của vật rắn – Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định

Hướng dẫn giải bài tập, bài thực hành trong bài 21: Chuyển động tịnh tiến của vật rắn – Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định – sách giáo khoa vật lí 10. Tất cả các kiến thức lý thuyết và bài tập trong bài học này đều được giải đáp cẩn thận, chi tiết. Chúng ta tham khảo để học tốt vật lí 10 bài 21: Chuyển động tịnh tiến của vật rắn – Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định nhé.

Câu trả lời:

I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1. Chuyển động tịnh tiến của vật rắn

a) Định nghĩa

Bạn đang xem: Giải vật lí 10 bài 21: Chuyển động tịnh tiến của vật rắn – Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định

Chuyển động tịnh tiến của một vật rắn là chuyển động trong đó đường nối hai điểm bất kì của vật luôn luôn song song với chính nó.

b) Gia tốc của vật rắn trong chuyển động tịnh tiến

Chú ý: Định luật II Newton cũng áp dụng được cho vật rắn

Áp dụng định luật II Newton cho vật rắn chuyển động tịnh tiến, gia tốc của vật rắn là:

$overrightarrow{a} = frac{overrightarrow{F}}{m}$

Trong đó: $overrightarrow{F}$ là lực tổng hợp tác dụng lên vật

m là khối lượng của vật rắn.

Đối với vật rắn, ta cũng có thể tổng hợp hoặc phân tích lực tác dụng lên vật rắn.

2. Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định

a) Tốc độ góc $omega $ (rad/s)

Tốc độ góc của vật rắn trong chuyển động quay chính là tốc độ quay của vật rắn. Tốc độ góc chính là độ lớn vô hướng của vecto vận tốc góc.

Chú ý:

  1. Đối với một vật rắn quay quanh một trục cố định, tốc độ góc của mọi điểm là như nhau.  Nói cách khác, mọi điểm của vật rắn đều quay được cùng một góc trong một khoảng thời gian.
  2. $omega $ = const: Vật rắn quay đều.
  3. $omega $ tăng dần: Vật rắn quay nhanh dần.
  4. $omega $ giảm dần: Vật rắn quay chậm dần.

b) Momen lực M

Momen lực là đại lượng đặc trưng cho mức độ là quay quanh một trục cố định của một lực khi tác dụng vào vật rắn.

Momen lực tác dụng vào một vật quay quanh trục cố định làm thay đổi tốc độ góc của vật.

M = F.d

Trong đó:

M: là momen lực (N.m)

F: là lực tác dụng lên vật rắn (N)

d: cánh tay đòn (m), là khoảng cách từ giá của lực đến trục quay của vật rắn.

c) Mức quán tính trong chuyển động quay

Mức quán tính của một vật quay quanh một trục phụ thuộc vào khối lượng của vật và sự phân bố khối lượng đó đối với trục quay.

Cụ thể: Khối lượng của vật càng lớn và phân bố càng xa trục quay thì momen quán tính càng lớn và ngược lại.

II. GIẢI BÀI TẬP

Giải câu 1: Thế nào là chuyển động tịnh tiến…

Thế nào là chuyển động tịnh tiến? Cho một ví dụ về chuyển động tịnh tiến thẳng và một ví dụ về chuyển động tịnh tiến cong?

Bài giải:

Chuyển động tịnh tiến là chuyển động của một vật rắn mà đường thẳng nối hai điểm bất kỳ trên vật luôn song song với chính nó.

VD: Những chiếc guồng của cọn nước có chuyển động tịnh tiến cong

    Ô tô đi trên đường thẳng là chuyển động tịnh tiến thẳng.

Giải câu 2: Có thể áp dụng định luật II Niu-tơn…

Có thể áp dụng định luật II Niu-tơn cho chuyển động tịnh tiến được không? Tại sao? 

Bài giải:

Chúng ta có thể áp dụng định luật  II Niu-tơn cho chuyển động tịnh tiến của vật rắn vì tất cả các điểm của vật rắn đều chuyển động như nhau nghĩa là có cùng gia tốc.

Giải câu 3: Momen lực có tác dụng như thế nào…

Momen lực có tác dụng như thế nào đối với một vật quay quanh một trục cố định?

Bài giải:

Momen lực tác dụng vào một vật quay quanh một trục cố định làm thay đổi tốc độ góc của vật.

Giải câu 4: Mức quán tính của một vật quay…

Mức quán tính của một vật quay quanh một trục phụ thuộc những yếu tố nào?

Bài giải:

Mức quán tính của một vật quay quanh một trục phụ thuộc vào khối lượng của vật và sự phân bố khối lượng đó đối với trục quay.

Giải câu 5: Một vật có khối lượng m = 40 kg…

Một vật có khối lượng m = 40 kg bắt đầu trượt trên sàn nhà dưới tác dụng của một lực nằm ngang F = 200 N. Hệ số ma sát trượt giữa vật và sàn $mu $ = 0,25. Hãy tính:

a) Gia tốc của vật;

b) Vận tốc của vật ở cuối giây thứ ba;

c) Đoạn thẳng mà vật đi được trong 3 giây đầu. Lấy  g = 10 m/s2.

Bài giải:

a)

Chọn hệ trục tọa độ Oxy có O trùng với vị trí ban đầu khi vật bắt đầu chuyển động. Chiều dương là chiều chuyển động.

Các lực tác dụng lên vật được biểu diễn trên hình vẽ.

 

Áp dụng định luật II Niu-tơn cho:

$overrightarrow{F} + overrightarrow{P} + overrightarrow{N} + overrightarrow{F_{ms}} = m.overrightarrow{a}$ (*)

Chiếu (*) lên các trục tọa độ Ox, Oy ta có:

(Ox)           F – Fms = ma                 (**)

(Oy)           N – P = 0 => N = P = mg  (***)

Lại có: Fms = $mu $N                                  (****)

Từ (**), (***), (****) ta có:

(2), (3) và (4) $Rightarrow $ F – $mu $mg = ma

$Rightarrow $ a = $frac{F}{m}$ − $mu $g=   $frac{200}{40}$ − 0,25.10

$Rightarrow $ a = 2,5 m/s2

b) Áp dụng các công thức của chuyển động thẳng, ta có: v = a.t

$Rightarrow $ v = 2,5.3 = 7,5 m/s

c) Quãng đường vật đi  được trong 3 giây đầu là:

S3 = $frac{1}{2}$.a.t2 = $frac{1}{2}$.2,5.32 = 11,25m

Giải câu 6: Một vật có khối lượng m = 4,0 kg chuyển…

Một vật có khối lượng m = 4,0 kg chuyển động trên mặt sàn nằm ngang dưới tác dụng của một lực $overrightarrow{F}$ hợp với hướng chuyển động một góc α = 30o (hình 21.6). Hệ số ma sát trượt giữa vật và sàn là $mu _{t}$ = 0,30:

a) Vật chuyển động với gia tốc bằng 1,25 m/s2;

b) Vật chuyển động thẳng đều. Lấy g = 10 m/s2.

Bài giải:

Chọn hệ trục tọa độ Oxy như hình vẽ.

Các lực tác dụng vào vật được biểu diễn trên hình.

Áp dụng định luật II Newton, ta có:

$overrightarrow{F} + overrightarrow{P} + overrightarrow{N} + overrightarrow{F_{ms}} = m.overrightarrow{a}$ (*)

Chiếu (*) lên hệ trục tọa độ, ta được hệ phương trình:

Ox: F.cos$alpha $ – Fms = m.a

Oy: N + F.sin$alpha $ – P = 0

Phương trình liên kết: Fms­ = $mu $.N

Giải hệ gồm các phương trình trên ta được: $F = frac{m(mu .g + a)}{cos alpha  + mu .sin alpha }$

Thay số vào ta được:

a) a = 1,25 m/s2 thì F = 16,7 N

b) a = 0 (Chuyển động thẳng đều) thì F = 11,81 N

Giải câu 7: Một xe ca có khối lượng 1250 kg được…

Một xe ca có khối lượng 1250 kg được dùng để kéo một xe móc có khối lượng 325 kg. Cả hai xe cùng chuyển động với gia tốc 2,15 m/s2. Bỏ qua chuyển động quay của các bánh xe. Hãy xác định:

a) Hợp lực tác dụng lên xe ca;

b) Hợp lực tác dụng lên xe móc.

Bài giải:

Chọn trục Ox nằm ngang, chiều dương là chiều chuyển động.

a)

Do xe ca dùng đề kéo xe móc nên hợp lực tác dụng lên xe ca là:

Fhl = (mca + mmóc).ahệ = (1250 + 325).2,15 = 3386,25 N

b)

Do hai xe chuyển động với cùng gia tốc nên gia tốc của xe móc là: amóc = ahệ = 2,15 m/s2

Hợp lực tác dụng lên xe móc là: Fhl móc = mmóc.amóc = 325.2,15 = 698,75 N

Giải câu 8: Một vật đang quay quanh một trục…

Một vật đang quay quanh một trục với tốc độ góc $omega $ = 6,28 rad/s. Nếu bỗng nhiên momen lực tác dụng lên nó mất đi thì

A. vật dừng lại ngay.vật 

B. vật đổi chiều quay.

C. vật quay đều với tốc độ góc $omega $ = 6,28 rad/s.

D. vật quay chậm dần rồi dừng lại.

Chọn đáp án đúng.

Bài giải:

Chọn đáp án C.

Giải thích: Khi bị mất momen lực, thì không còn lực nào tác dụng vào vật nhưng vật vẫn còn momen quán tính nê vật quay đều sau đó

Giải câu 9: Đối với một vật quay quanh một trục…

Đối với một vật quay quanh một trục cố định, câu nào sau là đúng?

A. Nếu không chịu momen lực tác dụng thì vật phải đứng yên.

B. Nếu không chịu momen lực tác dụng thì vật đang quay sẽ lập tức dừng lại.

C. Vật quay được là nhờ momen lực tác dụng lên nó.

D. Khi thấy tốc độ góc của vật thay đổi thì chắc chắn là đã có momen lực tác dụng lên vật.

Bài giải:

Chọn đáp án D.

Giải câu 10: Mức quán tính của một vật quay quanh…

Mức quán tính của một vật quay quanh một trục không phụ thuộc vào

A. khối lượng của  vật.

B. hình dạng và kích thước của vật.

C. tốc độ góc của vật.

D. vị trí của trục quay.

Chọn đáp án đúng.

Bài giải:

Chọn đáp án C.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button