Chuyển động tròn đều là gì? Các đại lượng đặc trưng và công thức tính cần nhớ

Chuyển động tròn đều là nội dung quan trọng mà các em sẽ học trong chương trình Vật lý 10. Trong bài viết hôm nay Nguyễn Tất Thành sẽ giúp các bạn hiểu chuyển động tròn đều là gì? Các đại lượng đặc trưng cũng như các công thức tính quan trọng cần nhớ. Hãy cùng đọc bài viết ngay nhé!

Chuyển động tròn đều là gì?

Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường thấy những hình ảnh quen thuộc như kim đồng hồ quay, vòng đu quay trong các khu vui chơi giải trí,… những hình ảnh này đều gọi là chuyển động tròn. Vậy chuyển động tròn đều khác chuyển động tròn như thế nào?

• Khi quỹ đạo có đường tròn thì ta gọi đó là chuyển động tròn.

• Tốc độ trung bình trong chuyển động tròn đều sẽ bằng thương số độ dài cung tròn mà vật đi được so với thời gian chuyển động của vật.

Tốc độ trung bình trong chuyển động tròn = (độ dài cung mà vật đi được) / (thời gian chuyển động)

Chuyển động tròn đều là chuyển động có quỹ đạo tròn và trong khoảng thời gian bằng nhau bất kỳ, vật chuyển động theo những cung tròn bằng nhau.

Tốc độ dọc, tốc độ góc, chu kỳ, tần số trong chuyển động tròn đều

Vận tốc dọc trong chuyển động tròn đều

Gọi Δs là độ dài cung tròn mà vật chuyển động trong khoảng thời gian rất ngắn, ta có công thức tính vận tốc tuyến tính (cường độ tức thời trong chuyển động tròn đều) như sau:

Trong chuyển động tròn đều, vận tốc dài của vật không thay đổi.

Vectơ vận tốc trong chuyển động tròn đều

Xét điều kiện cung có độ dài rất nhỏ (có thể giống đường thẳng) ta sử dụng vectơ để chỉ quãng đường đã đi và cũng để chỉ hướng chuyển động.

Vectơ vận tốc trong chuyển động tròn đều luôn tiếp xúc với quỹ đạo tròn.

Trong chuyển động tròn đều, vectơ vận tốc luôn có hướng thay đổi.

Vận tốc góc trong chuyển động tròn đều

Tốc độ của chuyển động tròn đều là đại lượng được đo bằng góc mà bán kính OM (hình ảnh bên dưới) bao phủ trong một đơn vị thời gian. Tốc độ góc của chuyển động tròn đều là một đại lượng không đổi.

Ta có công thức tốc độ góc:

Trong đó:

• ω: tốc độ góc, đơn vị đo rad/s

• Δα: bán kính góc OM được quét, đơn vị đo radian (rad)

• Δt: thời gian quét bán kính OM, đơn vị đo giây (s)

Công thức liên hệ tốc độ tuyến tính và tốc độ góc

Công thức:

Trong đó

Chu kỳ chuyển động tròn đều

Chu kì T của chuyển động tròn đều là thời gian để vật đi được một vòng. Đơn vị đo của chu kỳ là giây (s).

Chúng ta có công thức:

Tần số trong chuyển động tròn đều

Tần số f của chuyển động tròn đều là số vòng mà vật thực hiện được trong một giây. Đơn vị của tần số là vòng/s hoặc hec (Hz).

Chúng ta có công thức:

Gia tốc hướng tâm

Vectơ gia tốc trong chuyển động tròn đều có hướng như thế nào?

Trong chuyển động tròn đều, hướng luôn thay đổi dù vận tốc không đổi nên chuyển động có gia tốc. Gia tốc trong chuyển động tròn đều luôn hướng vào tâm quỹ đạo nên gọi là gia tốc hướng tâm.

Độ lớn của gia tốc hướng tâm

Công thức tính độ lớn gia tốc hướng tâm:

Trong đó:

• a(ht): gia tốc hướng tâm (m/s^2)

• v : tốc độ tuyến tính (m/s)

• Xem thêm : Dạy tiếng Anh cho bé mới bắt đầu từ đâu? Nên dạy theo phương pháp nào?

  r : bán kính (m)

• ω : tốc độ góc (rad/s)

Xem thêm: Chuyển động cơ là gì? Chất lượng là gì? Lý thuyết & bài tập chi tiết (Vật lý lớp 10)

Bài tập vật lý 10 chuyển động tròn đều

Bài 1: Chuyển động của vật nào sau đây được coi là chuyển động tròn đều?

A. Bánh xe ô tô quay khi phanh.

B. Sự quay của kim phút trên mặt đồng hồ giữ được thời gian.

C. Xoay điểm treo của các ghế trên vòng đu quay.

D. Cánh quạt quay khi tắt nguồn.

Bài 2: Có tồn tại chuyển động tròn đều

A. vectơ vận tốc không đổi.

B. Tốc độ tuyến tính phụ thuộc vào bán kính quỹ đạo.

C. tốc độ góc phụ thuộc vào quỹ đạo của bánh xe.

D. gia tốc có độ lớn phụ thuộc vào bán kính quỹ đạo.

Bài 3: Phát biểu nào sau đây đúng? Trong chuyển động tròn đều:

A. Vectơ vận tốc luôn không đổi nên gia tốc bằng không.

B. Gia tốc về phía tâm quỹ đạo, độ lớn tỉ lệ nghịch với bình phương vận tốc tuyến tính.

C. Hướng, hướng và độ lớn của vận tốc luôn thay đổi.

D. Gia tốc về phía tâm quỹ đạo, độ lớn tỉ lệ với bình phương tốc độ góc

Bài 4: Chọn câu đúng.

A. Trong mọi chuyển động tròn có cùng bán kính, chuyển động có chu kỳ quay lớn hơn sẽ có vận tốc tuyến tính lớn hơn.

B. Trong chuyển động tròn đều, chuyển động có chu kỳ quay nhỏ hơn thì có vận tốc góc nhỏ hơn.

C. Trong chuyển động tròn đều, chuyển động có tần số lớn hơn thì chu kỳ nhỏ hơn.

D. Trong chuyển động tròn đều, cùng chu kỳ, chuyển động có bán kính nhỏ hơn thì vận tốc góc nhỏ hơn.

Bài 5: Các công thức liên hệ tốc độ góc ω với chu kỳ T và giữa tốc độ góc ω với tần số f trong chuyển động tròn đều là:

A. ω = 2π/T; ω = 2πf

B. ω = 2πT; ω = 2π/f.

C. ω = 2πT; ω = 2π/f

D. ω = 2π/T; ω = 2π/f

Bài 6: Một điểm nằm ở mép ngoài của cánh quạt có chiều dài 30cm chuyển động đều chuyển động tròn với chu kỳ quay là 0,2s. Xác định tốc độ tuyến tính và tốc độ góc của điểm đó.

Bài 7: Một điểm chuyển động tròn đều quay 300 vòng trong một phút. Xác định vận tốc tuyến tính, tốc độ góc và độ lớn gia tốc hướng tâm của một chất điểm có bán kính quỹ đạo tròn là 40 cm.

Bài 8: Xác định tỉ số giữa tốc độ góc, tỉ số giữa tốc độ tuyến tính, tỉ số giữa gia tốc hướng tâm của hạt nằm trên đầu kim phút dài 4cm, kim giờ dài 3cm,

Bài 9: Xác định chu kỳ quay, tốc độ góc và gia tốc hướng tâm của một hạt chuyển động tròn đều với vận tốc 64,8 km/h trên quỹ đạo có bán kính 30cm.

Bài 10: Coi chuyển động của Trái đất quanh Mặt trời là chuyển động tròn đều và chuyển động quay của Trái đất quanh nó là chuyển động tròn đều. Biết rằng bán kính Trái Đất là 6400km, Trái Đất cách Mặt Trời 150 triệu km, chu kỳ Trái Đất quay quanh Mặt Trời là 365 ngày và 1/4 ngày Trái Đất tự quay quanh nó mất 1 ngày. Tính toán

a) Tốc độ góc và tốc độ tuyến tính của tâm Trái đất trong chuyển động tròn quanh Mặt trời

b) Tốc độ góc và tốc độ tuyến tính của một điểm nằm trên xích đạo trong quá trình Trái đất quay.

c) Tốc độ góc và tốc độ tuyến tính của một điểm nằm trên vĩ tuyến 30 trong quá trình Trái đất quay

Hướng dẫn giải pháp:

Bài 1: B

Xem thêm : Hướng dẫn học toán lớp 4 giây thế kỉ đơn giản, dễ hiểu nhất

Bài 2: Đ

Bài 3: Đ

Bài 4: C

Bài học 5: A

Bài 6: Phân tích vấn đề

r = 30cm = 0,3m; T = 0,2 giây

Phần thưởng

ω = 2π/T = 10π rad/s.

v = rω = 9,42 m/s.

Bài 7: Phân tích vấn đề

ω = 300vòng/phút = 300,2π/60 (rad/s) = 10π (rad/s); r = 40cm = 0,4m

Phần thưởng

ω = 10π (rad/s)

v = rω = 0,4,10π = 12,56 m/s.

a(ht)=v^2/r = 394,4 m/s2.

Bài 8: Phân tích vấn đề

Kim phút: T1 = 3600s; r1 = 4 cm => ω1 = 2π/T1; v1 = ω1.r1; a1 = ω12.r1

Kim giờ: T2 = 12*3600s; r2 = 3cm => ω2 = 2π/T2; v2 = ω2.r2; a2 = ω22.r2

Phần thưởng

ω1/ ω2 = 12

v1/v2 = 16

a1/a2 = 192

Bài 9: Phân tích vấn đề

v = 64,8km/h = 18m/s; r = 30cm

Phần thưởng

ω = v/r = 60 rad/s.

T = 2π/ ω = 0,1s

aht= ω2r = 1080 m/s2.

Bài 10: Phân tích vấn đề

a/ r = 150 triệu km = 150,109m; T1 = 365,25 ngày = 365,25*24*3600 (giây)

b/ R = 6400km = 6400,103m; T2 = 24h = 24*3600 (giây)

c/ R = 6400km.cos30o ; T3 = 24h = 24*3600 (giây)

Phần thưởng

a/ ω1 = 2π/T1 = 2,10-7 (rad/s);

v1 = ω1(r + R) = 30001 m/s.

b/ ω2 = 2π/T2 = 7,27,10-5 (rad/s);

v2 = ω2R = 465 m/s.

c/ ω3 = 2π/T3 = 7,27,10-5(rad/s);

v3 = ω3Rcos30o = 402 m/s.

Chuyển động tròn xuất hiện xung quanh chúng ta hàng ngày, hàng giờ nhưng không phải ai cũng biết bản chất cũng như cách tính đại lượng của nó. Hy vọng qua bài viết này các em có thể hiểu và vận dụng để giải các bài toán liên quan trong chương trình vật lý lớp 10 này!

Nguồn: https://truongnguyentatthanh.edu.vn
Danh mục: Giáo dục