Chuyển động tròn SVIP

I. MÔ TẢ CHUYỂN ĐỘNG TRÒN

Một vật thực hiện chuyển động tròn khi nó di chuyển trên một đường tròn.

Ví dụ: chuyển động của một điểm trên cánh quạt là chuyển động tròn.

1. Độ dịch chuyển góc và tốc độ góc

Độ dịch chuyển góc của vật là góc ở tâm \(\theta\) chắn cung AB có độ dài $s$.

Mối quan hệ giữa độ dài cung $s$ với độ dịch chuyển góc \(\theta\) và bán kính đường tròn $r$:

\(\theta=\dfrac{s}{r}\)

Đơn vị của độ dịch chuyển góc là radian, kí hiệu rad.

Nếu \(s=r\) thì \(\theta=1rad\)

Ta có: \(360^o=2\pi\) rad, suy ra: \(180^{o}=\pi\) rad.

2. Tốc độ và vận tốc của chuyển động tròn đều

Chuyển động của một vật theo quỹ đạo tròn với tốc độ không đổi gọi là chuyển động tròn đều.

Tốc độ đặc trưng cho sự nhanh hay chậm của vật chuyển động tròn.

Chuyển động tròn đều là chuyển động theo quỹ đạo tròn có tốc độ không thay đổi:

\(v=\dfrac{s}{t}=\) hằng số

3. Liên hệ giữa tốc độ và tốc độ góc

Tốc độ góc trong chuyển động tròn đều bằng thương số giữa độ dịch chuyển góc và thời gian dịch chuyển.

\(\omega=\dfrac{\theta}{t}\)

Đơn vị thường dùng: rad/s

Liên hệ giữa tốc độ góc, tốc độ và bán kính quỹ đạo: \(v=\omega.r\)

Chu kì, tần số của chuyển động tròn đều

• Chu kì là thời gian để vật quay hết một vòng tròn.

Kí hiệu: $T$, đơn vị: giây (s).

• Tần số là số vòng vật đi được trong một giây.

Kí hiệu: $f$, đơn vị: héc (Hz).

Liên hệ giữa chu kì, tần số và tốc độ góc:

\(T=\dfrac{1}{f}=\dfrac{2\pi}{\omega}\)

II. LỰC HƯỚNG TÂM VÀ GIA TỐC HƯỚNG TÂM

1. Lực hướng tâm

Lực tác dụng lên vật luôn hướng vào tâm quỹ đạo tròn nên được gọi là lực hướng tâm.

Điều kiện để một vật chuyển động tròn đều: Hợp lực tác dụng lên vật phải hướng vào tâm của quỹ đạo của vật. Hợp lực này là lực hướng tâm.

2. Gia tốc hướng tâm

Theo định luật 2 Newton, lực hướng tâm gây ra gia tốc cho vật nên gia tốc đó được gọi là gia tốc hướng tâm.

Đặc điểm của gia tốc hướng tâm:

• Phương: trùng với bán kính
• Chiều: hướng về tâm của vòng tròn quỹ đạo
• Độ lớn: \(a_{ht}=\dfrac{v^2}{r}=\omega^2.r\)

Theo định luật 2 Newton, ta có công thức xác định lực hướng tâm:

\(F=m.a_{ht}=\dfrac{mv^2}{r}=m.\omega^2.r\)

3. Lực hướng tâm và một số tình huống chuyển động tròn trong thực tế

🚗 Ví dụ: Ô tô rẽ vào khúc cua

Khi một chiếc ô tô rẽ vào khúc cua tròn, xe đang thực hiện chuyển động tròn trên mặt đường. Để xe không trượt ra khỏi quỹ đạo cong, cần có một lực kéo xe hướng về tâm của khúc cua – đó chính là lực hướng tâm.

🔸 Trong trường hợp này, lực ma sát giữa lốp xe và mặt đường đóng vai trò là lực hướng tâm giúp giữ xe bám đường và di chuyển theo đường cong.
🔸 Nếu lực ma sát không đủ lớn (ví dụ mặt đường trơn), xe có thể trượt văng ra ngoài, vì không có đủ lực hướng tâm giữ xe trong chuyển động tròn.