Lực hướng tâm và điều kiện tới hạn

Lực hướng tâm không phải một loại lực riêng: trên bàn quay đó là lực ma sát nghỉ, trên vòng xiếc đó là hợp lực của trọng lực và phản lực. Tìm điều kiện để vật không trượt, không rơi.

F_{ht} = m ω^{2} r \leq μ m g

Mũi tên xanh dương: vận tốc v. Mũi tên đỏ: lực ma sát nghỉ F_msn (hướng vào tâm). Vòng nét đứt là quỹ đạo của vật.

ω2,4 rad/s

Tốc độ góc ω

2,4 rad/s

Tốc độ v = ωr

1,2 m/s

ω tới hạn

2,8 rad/s

v tới hạn = √(μgr)

1,4 m/s

Giải bài toán bằng thí nghiệm

Một vật nhỏ 200 g đặt trên bàn quay nằm ngang, cách trục quay 50 cm; hệ số ma sát nghỉ giữa vật và bàn là 0,4 (g = 9,8 m/s²). Khi bàn quay với ω = 2 rad/s, lực ma sát tác dụng lên vật bằng bao nhiêu? Bàn quay nhanh nhất với tốc độ góc bao nhiêu thì vật chưa trượt?

Bước 1 · Tự giải ra giấy, nhập đáp số của em

Lực ma sát khi ω = 2Nω tới hạnrad/s

Bước 2 · Nạp số liệu của đề vào thí nghiệm

Đại lượng	Em tính	Thí nghiệm đo
Lực ma sát khi ω = 2	—	chưa đo
ω tới hạn	—	chưa đo

Khớp nếu sai lệch không quá 1% (chấp nhận làm tròn).

Thông số

Khối lượng vật m

Gia tốc trọng trường g

m/s²

Khoảng cách tới trục r

Hệ số ma sát nghỉ μ

Tốc độ góc ω

rad/s

Công thức

$F_{ht} = m ω^{2} r = \frac{m v^{2}}{r}$

Không trượt: $m ω^{2} r \leq μ m g$

$ω_{c} = \sqrt{\frac{μ g}{r}}$ (không phụ thuộc m)

$F_{ht}$ là tên gọi của hợp lực hướng vào tâm, không phải một lực mới: trên bàn quay đó là lực ma sát nghỉ; trên vòng xiếc tại đỉnh đó là $P + N$ .

Đại lượng

Em tính

Thí nghiệm đo

Lực ma sát khi ω = 2

—

chưa đo

ω tới hạn

—

chưa đo