A. Tóm tắt lý thuyết
I. Chuyển động tịnh tiến của một vật rắn.
1. Định nghĩa: 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.
2. Gia tốc của vật chuyển động tịnh tiến: Được xác định bằng định luật II Niutơn.
\[\vec{a}=\frac{{\vec{F}}}{m}\]hay \[\vec{F}=m.\vec{a}\]
Trong đó
\[\vec{F}\] là hợp lực tác dụng lên vật
m là khối lượng của vật.
II. Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định.
1. Đặc điểm của chuyển động quay- Tốc độ góc
- Mọi điểm của vật có cùng độ góc ω, gọi là tốc độ góc của vật.
- Vật quay đều thì ω = const. Vật quay nhanh dần thì ω tăng dần.
Vật quay chậm dần thì ω giảm dần.
2. Tác dụng của momen lực đối với một vật quay quanh một trục.
Momen lực tác dụng vào một vật quay quanh một trục cố định làm thay đổi tốc độ góc của vật.
3. Momen quán tính
- Đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật trong chuyển động quay gọi là momen quán tính của vật.
- Momen quán tính của một vật đối với một trục quay phụ thuộc vào khối lượng của vật và sự phân bố khối lượng đó đối với trục quay.
- Momen quán tính của vật càng lớn thì vật càng khó thay đổi tốc độ góc và ngược lại.
B. BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI
Câu 1: Trang 114 sgk vật lí 10
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?
Hướng dẫn 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: Các ghế ngồi trong đu quay chuyển động tịnh tiến ( cong )
Người đi xe máy trên đường thẳng ( thẳng )
Câu 2: Trang 114 sgk vật lí 10
Có thể áp dụng định luật II Niu-tơn cho chuyển động tịnh tiến được không? Tại sao?
Hướng dẫn giải
Có thể áp dụng định luật II Niu-tơn cho chuyển động tịnh tiến vì tất cả các điểm của vật đều chuyển động như nhau nghĩa là có cùng gia tốc.
Câu 3: Trang 114 sgk vật lí 10
Momen lực có tác dụng như thế nào đối với một vật quay quanh một trục cố định?
Hướng dẫn giải
Momen lực tác dụng vào một vật quay quanh một trục cố định làm thay đổi tốc độ góc của vật.
Câu 4: Trang 114 sgk vật lí 10
Mức quán tính của một vật quay quanh một trục phụ thuộc những yếu tố nào?
Hướng dẫn 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.
Câu 5: Trang 114 sgk vật lí 10
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 μ = 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.
Hướng dẫn giải
a) Vật chịu tác dụng của các lực được biểu diễn trên hình vẽ. 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.
Áp dụng định luật II - Niuton: \[\vec{P}+\vec{N}+\vec{F}+\overrightarrow{{{F}_{ms}}}=m\vec{a}\] (1)
Chiếu (1) lên Ox ta được: F - Fms = ma (2)
Chiếu (1) lên Oy ta được: N - P = 0 => N = P = mg (3)
Mà Fms = µN (4)
Từ (2), (3) và (4)
\[\Rightarrow F-\mu mg=ma\]\[\Rightarrow a=\frac{F-\mu mg}{m}=\frac{200-0,25.40.10}{40}=2,5\left( m/{{s}^{2}} \right)\]
b) Vận tốc của vật ở cuối giây thứ ba:
\[v={{v}_{0}}+at=0+2,5.3=7,5\left( m/s \right)\]
c) Quãng đường vật đi được trong 3 giây đầu:
\[s={{v}_{0}}t+\frac{a{{t}^{2}}}{2}=0.3+\frac{2,{{5.3}^{2}}}{2}=11,25m\]
Câu 6: Trang 115 sgk vật lí 10
Một vật có khối lượng m = 4,0 kg chuyển động trên mặt sàn nằm ngang dưới tác dụng của một lực \[\vec{F}\] hợp với hướng chuyển động một góc α = 30o (hình 21.6). Hệ số ma sát trượt giữa vật và sàn là μt = 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.
Hướng dẫn giải
Lực tác dụng lên vật m được biểu diễn trên hình vẽ.
Định luật II Niu-tơn cho: \[\vec{F}+\vec{P}+\vec{N}+\overrightarrow{{{F}_{m\text{s}}}}=m\vec{a}\] (1)
Chọn hệ trục Oxy với chiều dương là chiều chuyển động theo phương Ox, chiếu phương trình (1) lên:
(Ox): Fcosα- fms= ma (2)
(Oy): N + Fsinα - P = 0 (3)
mà fms= μN (4)
(2), (3) và (4) => F cosα - μ(P- Fsinα ) = ma
=> Fcosα - μP + μFsinα = ma
F(cosα +μsinα) = ma +μmg
\[\Rightarrow F=\frac{m.\left( {{\mu }_{t}}g+a \right)}{\cos \alpha +{{\mu }_{t}}.\sin \alpha }\]
a) Khi a = 1,25 m/s2
\[\Rightarrow F=\frac{4.0,25+0,3.4.10}{\frac{\sqrt{3}}{2}+0,3.\frac{1}{2}}\]
\[\Rightarrow F=\frac{\left( 5+12 \right)2}{1,732+0,3}=\frac{34}{2,032}=16,7(N)\]
b) Vật chuyển động thẳng đều a = 0.
\[\Rightarrow F=\frac{12.2}{2,032}=11,81(N)\]
Câu 7: Trang 115 sgk vật lí 10
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.
Hướng dẫn giải
Gọi mA là khối lượng của xe ca.
mB là khối lượng của xe móc.
Chọn trục Ox nằm ngang, chiều dương là chiều chuyển động.
Định luật II Niu-tơn cho:
a) Hợp lực tác dụng lên xe A chính là hợp lục tác dụng lên hệ (A và B).
Fhl = (mA+mB)a = (1250 +325). 2,15
=> Fhl = 3386,25 N
b) Hợp lực tác dụng lên xe B.
Fhl = mB.a
Fhl = 325. 2,15 = 698,75 N.
Câu 8: Trang 115 sgk vật lí 10
Một vật đang quay quanh một trục với tốc độ góc ω = 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 ω = 6,28 rad/s.
D. vật quay chậm dần rồi dừng lại.
Chọn đáp án đúng.
Hướng dẫn giải
Chọn C (Vì khi đó vật còn momen quán tính)
Câu 9: Trang 115 sgk vật lí 10
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.
Hướng dẫn giải
Chọn D
Câu 10: Trang 115 sgk vật lí 10
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.
Hướng dẫn giải
Chọn C
(Vì momen quán tính của một vật đối với một trục quay phụ thộc vào khối lượng của vật và vào sự phân bố khối lượng đó đối với trục quay