Chuyển động tịnh tiến của vật rắn - Lý thuyết và bài tập

Chuyển động tịnh tiến của một vật rắn là chuyển động trong đó đường thẳng nối hai điểm bất kì của vật luôn luôn song song với chính nó. Bài viết Chuyển động tịnh tiến của vật rắn - Lý thuyết và bài tập mà Toploigiai biên soạn sau đây đưa ra lí thuyết chi tiết, cách giải bài tập và hướng dẫn giải các bài tập về chuyển động tính tiến của vật rắn. Mời các bạn cùng đọc nhé.

I. Lý thuyết chuyển động tịnh tiến của vật rắn

1. Định nghĩa

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

Ví dụ về chuyển động tịnh tiến của vật rắn:

- Xe ô tô chuyển động trên đường.

- Đu quay có người ngồi trên chuyển động.

- Một vật chuyển động trên mặt phẳng.

2. Gia tốc của vật chuyển động tịnh tiến

Được xác định bằng định luật II Niutơn.

Trong đó:

II. Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định

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

 - Khi vật rắn quay quanh một trục cố định thì mọi điểm của vật có cùng một tốc độ góc ω, gọi là tốc độ góc của vật.

- Vật quay đều thì ω = const. Vật quay nhanh dần thì  ω tăng dần. Vật quay chậm dần thì  ω giảm dần.

2. Tác dụng của momen lực đối với một vật quay quanh một trục

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

3. Mức quán tính trong chuyển động quay

Trong chuyển động quay quanh một trục, mọi vật cũng có mức quán tính giống như trong chuyển động tịnh tiến. Khi tác dụng cùng một momen lực lên các vật khác nhau, tốc độ góc của vật nào tăng chậm hơn thì vật đó có mức quán tính lớn hơn và ngược lại.

Mức quán tính của một vật quay quanh một trục phụ thuộc vào khối lượng của vật và vào sự phân bố khối lượng đó đối với trục quay. Khối lượng của vật càng lớn và được phân bố càng xa trục quay thì momen quán tính càng lớn và ngược lại.

III. Phương pháp giải bài tập chuyển động tịnh tiến của vật rắn

Chuyển động tịnh tiến của vật rắn quanh một trục cố định

+ Gia tốc của chuyển động tịnh tiến được xác định bằng định luật II Niu-tơn: 

 hay

Trong đó: F = F₁ + F₂ +…+ F_n là hợp lực của các lực tác dụng vào vật còn m là khối lượng của vật

+ Khi vật chuyển động tịnh tiến thẳng, ta nên chọn hệ trục tọa độ Đề-các có trục Ox cùng hướng với chuyển động, còn trục Oy vuông góc với hướng chuyển động rồi chiếu phương trình vectơ F = ma lên hai trục đó để có phương trình đại số:

IV. Bài tập

Bài 1 trang 114 Vật lí 10: Thế nào là chuyển động tịnh tiến? Cho một ví dụ về chuyển động tịnh tiến thẳng và một ví dụ về chuyển động tịnh tiến cong.

Trả lời:

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

- Ví dụ về chuyển động tịnh tiến thẳng: Chuyển động của toa tàu trên đoạn đường ray thẳng, chuyển động của ngăn kéo hộc bàn, … .

+ Ví dụ về chuyển động tịnh tiến cong: Chuyển động của cạnh thẳng đứng của cánh cửa đang quay, các ghế ngồi trên đu quay, …

Bài 2 trang 114 Vật lí 10: Có thể áp dụng định luật II Niu - tơn cho chuyển động tịnh tiến được không? Tại sao?

Trả lời:

Có thể áp dụng định luật II Niu-tơn cho chuyển động tịnh tiến. Vì tất cả các điểm của vật đều chuyển động như nhau, đều có cùng một gia tốc.

Bài 3 trang 114 Vật lí 10: Momen lực có tác dụng như thế nào đối với một vật quay quanh một trục cố định?

Trả lời:

Khi vật rắn quay quanh trục, mọi điểm của vật đều có cùng tốc độ góc ω momen lực tác dụng vào vật quay quanh một trục cố định làm thay đổi tốc độ góc của vật.

Bài 4 trang 114 Vật lí 10: Mức quán tính của một vật quay quanh một trục phụ thuộc những yếu tố nào?

Trả lời:

Mức quán tính của một vật quay quanh một trục phụ thuộc vào khối lượng của vật và vào sự phân bố khối lượng đó đối với trục quay.

Trả lời: Một vật có khối lượng m = 40 kg bắt đầu trượt trên sàn nhà dưới tác dụng của một lực nằm ngang F = 200 N. Hệ số ma sát trượt giữa vật và sàn là µt = 0,25. Hãy tính:

a) Gia tốc của vật;

b) Vận tốc của vật ở cuối giây thứ ba;

c) Đoạn đường mà vật đi được trong 3 giây đầu. Lấy g = 10 m/s².

Trả lời:

a) Các lực tác dụng lên vật được biểu diễn như hình vẽ. Chọn trục Ox và Oy như hình vẽ.

Áp dụng định luật II Niu-tơn:

Chiếu (1) lên Ox ta được: F – F_ms = ma (2)

Chiếu (1) lên Oy ta được: N – P = 0 (3)

(theo trục Oy gia tốc của vật bằng 0 do vật không chuyển động theo phương đó)

Từ (2) và (3) ta được:

b) Vận tốc của vật ở cuối giây thứ ba:

v = v₀ + at = 0 + 2,5.3 = 7,5 m/s.

c) Đoạn đường mà vật đi được trong 3 giây đầu:

Bài 6 trang 115 Vật lí 10: Một vật có khối lượng m = 4,0 kg chuyển động trên mặt sàn nằm ngang dưới tác dụng của một lực F hợp với hướng chuyển động một góc α = 30^o (Hình 21.6). Hệ số ma sát trượt giữa vật và sàn là μt = 0,30. Tính độ lớn của lực để:

a) Vật chuyển động với gia tốc bằng 1,25 m/s².

b) Vật chuyển động thẳng đều. Lấy g = 10 m/s².

Trả lời:

a) Các lực tác dụng lên vật được biểu diễn như hình vẽ. Chọn trục Ox và Oy như hình vẽ.

Áp dụng định luật II Niu-tơn ta được:

Chiếu (*) lên trục Ox ta được:

F_cosα - F_ms = ma (1)

Chiếu (*) lên trục Oy ta được:

Fsinα - P + N = 0 ⇔ N = P - F_sinα (2)

Mặt khác F_ms = μtN = μt(P - F_sinα) (3)

Từ (1), (2) và (3) suy ra:

F_cosα - μt(P - F_sinα) = ma

b) Để vật chuyển động thẳng đều (a = 0) ta có:

F_cosα - μt(P - F_sinα) = 0

---------------------------------

Trên đây, Toploigiai đã biên soạn , tổng hợp kiến thức về Chuyển động tịnh tiến của vật rắn - Lý thuyết và bài tập, hi vọng các bạn có những kiến thức bổ ích khi đọc bài viết này. Chúc các bạn học tập tốt.