Vật lý 10 Bài 21: Chuyển động tịnh tiến của vật rắn và chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định

1.1.1. Định nghĩa.

• Chuyển động tịnh tiến của một vật rắn là chuyển động trong đó đường nối hai điểm bất kỳ của vật luôn luôn song song với chính nó.

1.1.2. Gia tốc của vật chuyển động tịnh tiến.

• Trong chuyển động tịnh tiến, tất cả các điểm của vật đều chuyển động như nhau. Nghĩa là đều có cùng một gia tốc.

• Gia tốc của vật chuyển động tịnh tiến xác định theo định luật II Newton :

\(\vec a = \frac{{\vec F}}{m}\,\,\,\,\,hay\,\,\,\vec F = m\vec a\)

• Trong đó \(\vec F = {\vec F_1} + {\vec F_2} + ... + {\vec F_n}\) là hợp lực của các lực tác dụng vào vật .

  • m : khối lượng (kg)

  • a : gia tốc \((m/{s^2})\) .

• Khi vật chuyển động tịnh tiến thẳng, ta nên chọn hệ trục toạ độ Đề-các có trục Ox cùng hướng với chuyển động và trục Oy vuông góc với với hướng chuyển động rồi chiếu phương trình véc tơ \(\,\vec F = m\vec a\) lên hai trục toạ độ đó để có phương trình đại số.

\({\rm{ }}Ox{\rm{ }}:{\rm{ }}{F_{1x}} + {\rm{ }}{F_{2x}} + {\rm{ }} \ldots {\rm{ }} + {\rm{ }}{F_{nx}} = {\rm{ }}ma\)

 \(Oy{\rm{ }}:{\rm{ }}{F_{1y}} + {\rm{ }}{F_{2y}} + {\rm{ }} \ldots {\rm{ }} + {\rm{ }}{F_{ny}} = {\rm{ }}0\)

1.2.1. Đặc điểm của chuyển động quay. Tốc độ góc.

• Đại lượng đặc trưng cho chuyển động quay của vật rắn là vận tốc góc ω (góc mà vật quay được trong một đơn vị thời gian).

• Khi vật rắn quay quanh một trục cố định, thì mọi điểm của vật đều quay cùng với một tốc độ góc ω trong cùng một khoảng thời gian t.

  • Vật quay đều thì ω=const (hằng số).

  • Vật quay nhanh dần thì ω tăng dần.

  • Vật quay chậm dần thì ω giảm dần.

1.2.2. Tác dụng của mômen lực đối với một vật quay quay quanh một trục.

  a) Thí nghiệm.

• Nếu \({P_1} = {\rm{ }}{P_2}\) thì khi thả tay ra hai vật và ròng rọc đứng yên.

• Nếu \({P_1} \bot {P_2}\) thì khi thả tay ra hai vật chuyển động nhanh dần, còn ròng rọc thì quay nhanh dần.

  b) Giải thích.

•   Vì hai vật có trọng lượng khác nhau nên hai nhánh dây tác dụng vào ròng rọc hai lực căng khác nhau nên tổng đại số của hai mômen lực tác dụng vào ròng rọc khác không làm cho ròng rọc quay nhanh dần.

  c) Kết luận.

•   Mômen lực tác dụng vào một vật quay quanh một trục cố định làm thay đổi tốc độ góc của vật.

1.2.3. Mức quán tính trong chuyển động quay.

• Mọi vật quay quanh một trục đều có mức quán tính. Mức quán tính của vật càng lớn thì vật càng khó thay đổi tốc độ góc và ngược lại.

• 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

Bài 1:

Một vật có khối lượng m = 40kg bắt đầu trượt trên sàn nhà dưới tác dụng của một lực nằm ngang F = 200N. Hệ số ma sát trượt giữa vật và sàn \(\mu t = 0,25\). 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:

• Vật chịu tác dụng của các lực được biểu diễn trên hình vẽ. 

Câu a:

• 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.

• Định luật II Niu-tơn cho:

 +  +  +  = m         (1)

• Chiếu (1) lên Ox, Oy ta có:

(Ox)           F - f_ms = ma                 (2)

(Oy)           N- P = 0 => N = P = mg  (3)

Mà f_ms = µM                                  (4)

(2), (3) và (4) \(\Rightarrow F - \mu mg = ma\)

 \(\Rightarrow a =\frac{F- \mu mg}{m}\) =   

\(\Rightarrow a = 2,5 m/s^2\)

Câu b:

• Ta có: \(v = at\)

 \(\Rightarrow v = 2,5.3 = 7,5 m/s\)

Câu c:

• Ta có: Quãng đường vật đi  được trong 3 giây:

\(s_3=\frac{at_{3}^{2}}{2}=\frac{2,5}{2}. (3^2) = 11,25m\) 

Bài 2:

Một vật đang quay quanh trục với một tốc độ góc ω=2 rad/s. Nếu bỗng nhiên momen lực tác dụng lên nó mất đi thì

  A. Vật dừng lại ngay.

  B. Vật quay chậm dần rồi dừng lại.

  C. Vật đổi chiều quay.

  D. Vật quay đều với tốc độ góc 2 rad/s.

Hướng dẫn giải

Chọn đáp án D.

• Vật quay đều với tốc độ góc 2 rad/s vì  momen lực tác dụng lên nó mất đi  nhưng vẫn còn momen quán tính

Bài 3

Một xe ca có khối lượng 1250kg được dùng để kéo một xe móc có khối lượng 325kg. Cả hai xe cùng chuyển động với gia tốc 2,15mm/s². Bỏ qua chuyển động quay của các bánh xe. Hãy xác định hợp lực tác dụng lên xe ca.

Hướng dẫn giải:

​

• Gọi m_A là khối lượng của xe ca, m_B là khối lượng của xe móc.

• Chọn trục Ox nằm ngang, chiều dương là chiều chuyển động.

• Áp dụng định luật II Niu-tơn: Hợp lực tác dụng lên xe A chính là hợp lục tác dụng lên hệ (A và B).

\(F_{hl} = (m_A+m_B)a = (1250 +325). 2,15\)

\(\Rightarrow F_{hl} = 3386,25 N\)

Qua bài giảng Chuyển động tịnh tiến của vật rắn và chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như:

• Phát biêu được định nghĩa của chuyển động tịnh tiến và nêu được ví dụ minh họa.

• Viết được công thức định luật II Newton cho chuyển dộng  tịnh tiến.

• Nêu được tác dụng của momen lực đối với một vật rắn quay quanh một trục.

• Nêu được các yếu tố ảnh hưởng đến momen quán tính của vật. 

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 10 Bài 21 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Đối với một vật quay quanh một trục cố định. Phát biểu nào sau đây là đúng ?

  • A. Khi không còn momen lực tác dụng vào vật thì vật đang quay sẽ dừng lại ngay
  • B. Vật quay được nhờ có momen lực tác dụng lên nó.
  • C. Khi tốc độ góc của vật thay đổi thì chắc chắn đã có momen lực tác dụng lên vật.
  • D. Vật không quay được khi có momen lực tác dụng lên nó.

• Câu 2:

  Momen quán tính của một vật không phụ thuộc vào ?

  • A. Hình dạng và kích thước của vật.
  • B. Vị trí của trục quay.
  • C. Khối lượng của vật.
  • D. Tốc độ góc của vật.

• Câu 3:

  Một vật có khối lượng m = 40kg bắt đầu trượt trên sàn nhà dưới tác dụng của một lực nằm ngang F = 200N. Hệ số ma sát trượt giữa vật và sàn \(\mu t = 0,25\). Tính đoạn đường mà vật đi được trong 3 giây đầu. Lấy  g = 10 m/s^2.

  • A. 22,5m
  • B. 22,25m
  • C. 11,5m
  • D. 11,25m

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 10 Bài 21 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Bài tập 1 trang 114 SGK Vật lý 10

Bài tập 2 trang 114 SGK Vật lý 10

Bài tập 3 trang 114 SGK Vật lý 10

Bài tập 4 trang 114 SGK Vật lý 10

Bài tập 5 trang 114 SGK Vật lý 10

Bài tập 6 trang 115 SGK Vật lý 10

Bài tập 7 trang 115 SGK Vật lý 10

Bài tập 8 trang 115 SGK Vật lý 10

Bài tập 9 trang 115 SGK Vật lý 10

Bài tập 10 trang 115 SGK Vật lý 10

Bài tập 21.1 trang 48 SBT Vật lý 10

Bài tập 21.2 trang 48 SBT Vật lý 10

Bài tập 21.3 trang 48 SBT Vật lý 10

Bài tập 21.4 trang 48 SBT Vật lý 10

Bài tập 21.5 trang 49 SBT Vật lý 10

Bài tập 21.6 trang 49 SBT Vật lý 10

Bài tập 21.7 trang 49 SBT Vật lý 10

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!