Vấn đề 1: Chuyển động tròn

Biết kim phút của đồng hồ treo tường có chiều dài a = 10,0 cm.

a) Tính độ dịch chuyển góc và quãng đường đi của điểm đầu kim phút trong khoảng thời gian t = 15,0 phút.

b) Biết tỉ số tốc độ của điểm đầu kim phút và tốc độ của điểm đầu kim giờ là 15,0. Tính chiều dài của kim giờ.

Một người xách một xô có nước và vung tay làm xô nước quay trong mặt phẳng thẳng đứng, theo một vòng tròn đường kính 1,6 m. Biết khối lượng xô và nước là 5,0 kg. Lấy

a) Tính tốc độ nhỏ nhất mà xô nước phải được quay để khi ở đỉnh hình tròn, đáy xô quay lên trên, miệng hướng xuống dưới mà nước vẫn ở trong xô.

b) Giả sử khi xô nước ở dưới cùng của đường tròn có tốc độ là 3,2 m/s. Xác định phương, chiều và độ lớn của lực tác dụng lên tay của người đó.

Coi Trái Đất là hình cầu có bán kính R = 6400 km và quay quanh trục với chu kì 24,0 giờ. Tính gia tốc hướng tâm do Trái Đất chuyển động quay quanh trục gây ra cho một người đang đứng ở
a) xích đạo.
b) vĩ tuyến .

Một người lái xe chữa cháy nhận lệnh đến một vụ cháy đặc biệt quan trọng. Đường nhanh nhất có thể đến đám cháy phải qua một chiếc cầu có dạng cung tròn với bán kính cong R = 50,0 m và cầu chỉ chịu được áp lực tối đa 60 000 N. Xe chữa cháy có trọng lượng 190 000 N. Giả thiết chỉ có xe chữa cháy chuyển động tròn đều qua cầu thì cần điều khiển xe chạy với tốc độ như thế nào để cầu không bị quá tải?

Chuyển động của Mặt Trăng quanh Trái Đất được xem gần đúng là chuyển động tròn đều. Thời gian Mặt Trăng quay một vòng quanh Trái Đất khoảng 27,3 ngày. Khoảng cách trung bình từ tâm của Trái Đất đến tâm của Mặt Trăng là . Hãy xác định

a) tốc độ của Mặt Trăng (theo đơn vị km/h và m/s) và quãng đường Mặt Trăng chuyển động sau một ngày.

b) gia tốc hướng tâm của Mặt Trăng (theo đợn vị ).

Một chiếc xe chuyển động theo hình vòng cung với tốc độ 36 km/h và gia tốc hướng tâm . Giả sử xe chuyển động tròn đều. Xác định

a) bán kính đường vòng cung.

b) góc quét bởi bán kính quỹ đạo (theo rad và độ) sau thời gian 3 s.

Một trái bóng được buộc vào một sợi dây và quay tròn đều trong mặt phẳng ngang như Hình 5.1. Trái bóng quay một vòng trong 1 s với tốc độ 0,5 m/s. Biết góc hợp bởi dây và phương thẳng đứng là . Tính bán kính quỹ đạo và chiều dài L của sợi dây.

Hình 5.1

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?

Cho bán kính Trái Đất khoảng và gia tốc trọng trường ở gần bề mặt Trái Đất là . Một vệ tinh chuyển động tròn đều gần bề mặt Trái Đất phải có tốc độ bao nhiêu để không rơi xuống mặt đất?

Một mô tơ điện quay quanh trục với tốc độ 3600 rpm. Tính tốc độ góc của mô tơ này. (Biết revolutions per minute: vòng/phút).

Mặt Trăng quay quanh Trái Đất một vòng mất 27,3 ngày. Biết lực hấp dẫn giữa các vật có khối lượng tính theo công thức:  ; với là hằng số hấp dẫn, và 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 . Tính khoảng cách giữa tâm Trái Đất và Mặt Trăng.

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 5.2) được một vòng sau khoảng thời gian 28,4 s. Lấy . Tính

a) gia tốc hướng tâm của xe.

b) hệ số ma sát nghỉ giữa các bánh xe và mặt đường.

Hình 5.2

Một vệ tinh địa tĩnh (là vệ tinh có vị trí tương đối không đổi đối với một vị trí trên Trái Đất - Hình 5.3) chuyển động quanh Trái Đất với lực hướng tâm là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh . Biết gia tốc trọng trường tại mặt đất được tính theo biểu thức: ; với 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 và bán kính Trái Đất khoảng . Tính

a) bán kính quỹ đạo của vệ tinh.

b) tốc độ của vệ tinh trên quỹ đạo.

Hình 5.3

Một vệ tinh địa tĩnh có độ cao so với mặt đất h = 36500 km. Tính tốc độ dài và gia tốc hướng tâm của vệ tinh. Biết vệ tinh quay trong mặt phẳng xích đạo và bán kính Trái Đất R = 6400 km.

Trái Đất quay xung quanh Mặt Trời theo một quỹ đạo coi như tròn, bán kính . Mặt Trăng quay quanh Trái Đất theo một quỹ đạo coi như tròn, bán kính . Cho chu kì quay của Trái Đất: T_D = 365,25 ngày; chu kì quay của Mặt Trăng: T_T = 27,25 ngày.

a) Tính quãng đường Trái Đất vạch được trong thời gian Mặt Trăng quay đúng một vòng (1 tháng âm lịch).

b) Tính số vòng quay của Mặt Trăng quanh Trái Đất trong thời gian Trái Đất quay đúng một vòng (1 năm).

Trái Đất quay quanh trục bắc - nam với chuyển động đều mỗi vòng hết 24 h.

a) Tính vận tốc góc của Trại Đất.

b) Tính vận tốc dài của một điểm trên mặt đất có vĩ độ .Cho bán kính Trái Đất .

c) Một vệ tinh viễn thông quay trong mặt phẳng xích đạo và đứng yên đối với mặt đất (vệ tinh địa tĩnh) ở độ cao . Tính vận tốc dài của vệ tinh

Một vật nặng có khối lượng bằng 5,0 kg được buộc vào một dây dài 0,8 m và thả cho chuyển động trong mặt phẳng thẳng đứng như Hình 5.4. Khi qua vị trí cân bằng O, vật có tốc độ 2,8 m/s. Lấy . Tính gia tốc hướng tâm và lực căng dây khi vật đi qua vị trí cân bằng O.

Hình 5.4

Một đồng hồ có kim giờ dài 3 cm, kim phút dài 4 cm, kim giây dài 6 cm. Giả sử các kim quay đều. So sánh tốc độ và gia tốc hướng tâm của
a) đầu kim giây và đầu kim phút.
b) đầu kim phút và đầu kim giờ.

Một người đi xe đạp có đường kính bánh xe là 10 cm, bánh đĩa có 48 răng, bánh líp có 18 răng. Người này đạp được 60 vòng. Tìm quãng đường xe đi được.

Một đĩa tròn quay đều quanh trục đi qua tâm của nó. Biết rằng một điểm A nằm trên vành đĩa có tốc độ , một điểm B nằm trên mặt đĩa và cách trục quay 20 cm có tốc độ . Tìm số vòng quay của đĩa trong 1 phút, chu kỳ quay của đĩa và gia tốc hướng tâm của điểm A.

Một máy bay bay vòng trong một mặt phẳng nằm ngang với tốc độ dài 800 km/h. Lấy . Tính bán kính nhỏ nhất của đường vòng để gia tốc hướng tâm của máy bay có độ lớn không quá 10 lần gia tốc trọng lực g.

Xe khối lượng 1,0 tấn chuyển động đều đi qua một cầu vồng lên có bán kính R=50 m. Khi đi qua đỉnh cầu, xe đè lên cầu một lực có độ lớn 7,8 kN. Hỏi khi xe đi qua vị trí mà bán kính cong của cầu hợp với phương thẳng đứng góc (), thì xe đè lên cầu một lực có độ lớn bao nhiêu?

Một máy bay thực hiện một vòng nhào lộn có bán kính 400 m trong mặt phẳng thẳng đứng với vận tốc 540 km/h.

a) Tìm lực do người lái có khối lượng m = 60 kg nén lên ghế ngồi khi máy bay đi qua điểm cao nhất và thấp nhất của vòng nhào.

b) Muốn người lái không nén lên ghế ngồi ở điểm cao nhất của vòng nhào thì vận tốc máy bay phải là bao nhiêu?

Một vật nhỏ được đặt ở mép một bàn xoay có bán kính 0,4 m, có hệ số ma sát nghỉ là 0,4. Hỏi bàn phải quay với tốc độ bao nhiêu (tính theo vòng/s) để vật có thể văng ra khỏi bàn? 

Người đi xe đạp có khối lượng tổng cộng 60 kg, đi trong một vòng xiếc. Khi người này đi qua điểm cao nhất trong vòng với vận tốc tối thiểu 8 m/s thì người này không bị rơi. Hỏi khi người này đi qua điểm cao nhất của vòng xiếc với vận tốc 10 m/s thì người nén lên vòng xiếc một lực có độ lớn bao nhiêu?

Một vật nhỏ m đặt lên một đĩa tròn đang quay đều với vận tốc 78 vòng/phút. Để vật đứng yên trên mặt đĩa ở khoảng cách lớn nhất từ vật đến trục quay là 7 cm thì hệ số ma sát nghỉ giữa vật và mặt sàn phải là bao nhiêu?

Một quả cầu khối lượng m = 10 g treo vào một sợi dây nhẹ không co giãn l = 22 cm. Quay quả cầu để nó chuyển động tròn đều trong mặt phẳng nằm ngang vuông góc trục quay thẳng đứng với vận tốc không đổi là 1,5 vòng/s. Tìm lực căng dây và góc lệch α giữa dây treo so với thẳng đứng.

Một ống hình trụ bán kính 10 cm, một vật nhỏ được đặt áp vào thành trong của bình. Biết hệ số ma sát nghỉ giữa vật và thành bình là 0,3. Hỏi ống phải quay quanh trục đối xứng của nó với tốc độ góc bằng bao nhiêu để vật bám được vào thành trong của bình mà không bị rơi.

Một người đi xe đạp có khối lượng tổng cộng 60 kg trên một vòng xiếc có bán kính 6,4 m. Tìm
a) tốc độ tối thiểu của xe để người đi qua điểm cao nhất của vòng xiếc mà không bị rơi.
b) lực ép lên vòng tại vị trí cao nhất với vận tốc 10 m/s.