Vật lí 10 Bài 31: Động học của chuyển động tròn đều
Mục tiêu và kiến thức nền
Đổi độ sang radian; liên hệ chu kì, tần số, tốc độ góc và tốc độ dài.
Chuẩn bị: đọc đơn vị, đổi đơn vị SI và tính toán với số, vectơ đơn giản.
Tốc độ không đổi nhưng vận tốc đổi
Trong chuyển động tròn đều, vật đi trên đường tròn với tốc độ không đổi. Vectơ vận tốc tiếp tuyến với đường tròn và luôn đổi hướng. Vì vậy chuyển động vẫn có gia tốc. Không mô tả nó là chuyển động thẳng đều chỉ vì kim đồng hồ quay đều.
Một vòng là 2π rad
Góc tính bằng radian bằng độ dài cung chia bán kính. Một vòng tương ứng 360° = 2π rad. Chu kì T là thời gian một vòng; tần số f là số vòng trong một giây, đơn vị Hz. Tốc độ góc ω là góc quét trong một đơn vị thời gian, đơn vị rad/s.
Điểm ở xa trục đi nhanh hơn
Các điểm trên cùng một vật rắn quay đều có cùng tốc độ góc nhưng tốc độ dài v = ωr khác nhau. Điểm xa trục đi cung dài hơn trong cùng thời gian. Với số vòng/phút, phải chia 60 để ra vòng/giây trước khi tính ω.
Công thức và điều kiện áp dụng
Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Bánh xe quay
Bánh xe quay 120 vòng/phút nên f = 2 Hz, T = 0,5 s, ω = 4π rad/s. Tại r = 0,25 m, v = π m/s ≈ 3,14 m/s so với trục đứng yên.
Ví dụ 2. Cung tròn
Vật trên đường tròn r = 2 m quét góc 90° = π/2 rad. Độ dài cung = 2×π/2 = π m. Độ dịch chuyển là dây cung dài 2√2 m, khác quãng đường cung.
Lỗi thường gặp
- ω dùng rad/s, không thay độ/s trực tiếp vào v = ωr.
- Cùng ω không có nghĩa cùng v.
- Chuyển động tròn đều có gia tốc.
Tự kiểm tra và vận dụng
Thử trả lời trước khi mở lời giải. Để nhập đáp án, làm từng ý đúng/sai và luyện cả chủ đề, chọn bộ luyện ở cuối bài.
Câu 1. Một vật quay 60 vòng/phút có tần số
Xem đáp án và lời giải
Đáp án B. 60 vòng trong 60 s tương ứng 1 vòng/s = 1 Hz.
Câu 2. Chu kì 0,25 s. Tần số bằng bao nhiêu Hz?
Xem đáp án và lời giải
Đáp án: 4. f = 1/0,25 = 4 Hz.
Câu 3. Chuyển động tròn đều.
- Tốc độ dài không đổi.
- Vectơ vận tốc không đổi.
- Vận tốc tiếp tuyến quỹ đạo.
- Một vòng quét 2π rad.
Xem đáp án và lời giải
a) Đúng theo định nghĩa. b) Sai vì đổi hướng. c) Đúng. d) Đúng.
Câu 4. Vật quay trên đường tròn r = 0,5 m với ω = 4 rad/s. Tính v.
Xem đáp án và lời giải
v = ωr = 4×0,5 = 2 m/s.
Câu 5. Bánh quay 300 vòng/phút. Tính f, T và ω.
Xem đáp án và lời giải
f = 300/60 = 5 Hz. T = 0,2 s. ω = 2π×5 = 10π rad/s ≈ 31,4 rad/s.
Câu 6. Hai điểm trên đĩa có bán kính quay 5 cm và 15 cm. So sánh tốc độ góc và tốc độ dài.
Xem đáp án và lời giải
Hai điểm có cùng ω vì quay cùng đĩa. v₂/v₁ = r₂/r₁ = 15/5 = 3 nên điểm xa trục có tốc độ dài gấp 3.
Sơ đồ ghi nhớ
- Một vòng: 2π rad
- T: giây/vòng
- f: vòng/giây
- v = ωr
Học tiếp và luyện tập
Biên soạn: Gia Sư SV.