Bài 21. Lực hướng tâm

Một vật có khối lượng m = 20 g đặt ở mép một chiếc bàn quay. Hỏi phải quay bàn với tần số vòng lớn nhất bằng bao nhiêu để vật không văng ra khỏi bàn? Cho biết mặt bàn hình tròn, bán kính 1 m. Biết lực ma sát nghỉ cực đại bằng 0,08 N.

Một vật đặt ở mép một chiếc bàn quay. Hỏi phải quay bàn với tần số lớn nhất là bao nhiêu để vật không bị văng ra khỏi bàn? Biết mặt bàn hình tròn bán kính 1 m. Hệ số ma sát trượt giữa vật và mặt bàn là 0,4. Lấy g = 10 m/$s^2$.

Một ô tô có khối lượng 1650 kg chuyển động đều qua một đoạn cầu vượt (coi là cung tròn) với tốc độ là 59,4 km/h. Tính áp lực của ô tô vào mặt đường tại điểm cao nhất. Biết bán kính cong của đoạn cầu vượt là 90 m. Hãy so sánh kết quả với trọng lượng của xe và rút ra nhận xét.

Một ô tô có khối lượng 1500 kg chuyển động đều qua một đoạn cầu vượt (coi là cung tròn) với vận tốc 36 km/h. Hãy xác định áp lực của ô tô vào mặt đường tại điểm cao nhất. Biết bán kính cong của đoạn cầu vượt là 75 m. Lấy g = 10 m/$s^2$. Hãy so sánh kết quả tìm được với trọng lượng của xe và rút ra nhận xét.

Để một vật có khối lượng bằng 12 kg chuyển động tròn đều trên quỹ đạo có bán kính 0,4 m với tốc độ 8 m/s thì lực hướng tâm phải có độ lớn gần nhất với giá trị nào?

Một vật nặng có khối lượng 4 kg được buộc vào đầu một sợi dây dài L = 1,2 m. Người ta dùng một máy cơ để quay đầu còn lại của dây sao cho vật nặng chuyển động tròn đều. Biết lực căng tối đa để dây không đứt có giá trị bằng 300 N. Để dây không đứt, vật được phép quay với tốc độ tối đa là bao nhiêu?

Xét chuyển động của một con lắc đơn (Hình 21.1) gồm một vật nặng, kích thước nhỏ được treo vào đầu của một sợi dây mảnh, không dãn, có khối lượng không đáng kể. Đầu còn lại của dây treo vào một điểm cố định. Trong quá trình chuyển động của vật nặng trong một mặt phẳng thẳng đứng, tại vị trí nào ta có thể xem chuyển động của vật có tính chất tương đương chuyển động tròn đều?

Cho bán kính Trái Đất khoảng 6,37.${10}^6$ m và gia tốc trọng trường ở gần bề mặt Trái Đất là 9,8 m/$s^2$. Một vệ tinh chuyển động tròn đều gần bề mặt Trái Đất phải có tốc độ bằng bao nhiêu để không rơi xuống mặt đất? 

Mặt Trăng quay quanh Trái Đất một vòng mất 27,3 ngày. Biết lực hấp dẫn giữa các vật có khối lượng được tính theo công thức: $F_{hd}=G\frac{m_1{m}_2}{r^2}$  với $G=6,67.{10}^{-11} N.m^2/k{g}^2$ là hằng số hấp dẫn, $m_{1 }và m_2$ lần lượt là khối lượng của hai vật và r là khoảng cách giữa hai khối tâm của chúng. Biết khối lượng của Trái Đất khoảng 5,97.${10}^{24}$ kg. Hãy tính khoảng cách giữa tâm Trái Đất và Mặt Trăng. 

Một vật nặng có khối lượng bằng 5 kg được buộc vào một dây dài 0,8 m và thả cho chuyển động trong mặt phẳng thẳng đứng như Hình 21.2. Khi qua vị trí cân bằng O, vật có tốc độ 2,8 m/s. Tính gia tốc hướng tâm và lực căng dây khi vật đi qua vị trí cân bằng O. Lấy g = 9,8 m/$s^2$.

Một chiếc xe đua có khối lượng 800 kg chạy với tốc độ lớn nhất (mà không bị trượt) theo đường tròn nằm ngang có bán kính 80 m (Hình 21.3) được một vòng sau khoảng thời gian 28,4 s. Tính:

a) Gia tốc hướng tâm của xe.

b) Hệ số ma sát nghỉ giữa các bánh xe và mặt đường. Lấy g = 9,8 m/$s^2$.

Một vệ tinh địa tĩnh (là vệ tinh có vị trí tương đối không đổi đối với một vị trí trên Trái Đất) chuyển động quanh Trái Đất với lực hướng tâm là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh (công thức được cho trong Bài 21.2). Biết gia tốc trọng trường tại mặt đất được tính theo biểu thức: $g= G\frac{M}{R^2}$ với $G=6,67.{10}^{-11 }N.m^2/k{g}^2$ là hằng số hấp dẫn, M và R lần lượt là khối lượng và bán kính Trái Đất. Lấy gia tốc trọng trường tại mặt đất bằng 9,8 m/$s^2$ và bán kính Trái Đất khoảng 6,4.${10}^6$ m. Tính:

a) Bán kính quỹ đạo của vệ tinh.

b) Tốc độ của vệ tinh trên quỹ dạo.