Giải bài tập Vật lý 10 bài 21: Chuyển động tịnh tiến của vật rắn. Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định

A/ HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI SGK VẬT LÝ 10 TRANG 114, 115
1. 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 là chuyển động mà đường nối hai điểm bất kì trên vật luôn song song với chính nó.
Ví dụ:
• Chuyển động tịnh tiến thẳng: Thả một kiện hàng rơi từ trên cao xuống,
• Chuyển động tịnh tiến cong: Ô tô chuyển dộng trên một đoạn đường ngoằn ngèo.

2. Có thể áp dụng định luật II Niu-tơn cho chuyển động tịnh tiến được hay không? Tại sao?
Trả lời
Có thể áp dụng định luật II Niu-tơn cho chuyển động tịnh tiến được vì khi vật chuyển động tịnh tiến tất cả các điểm của vật chuyển động giống hệt như nhau vì vậy ta có thể coi nó như một chất điểm.

3. Mô men lực có tác dụng như thế nào đối với một vật quay quanh một trục cố định? 
Trả lời
Mô men lực có tác dụng làm thay đổi vận tốc góc của vật

4. Thế nào là mô men quán tính? Mô men quán tính phụ thuộc vào những yếu tố nào?
Trả lời:
* Mô men quán tính của một vật là đại lượng đặc trưng cho mức độ thay đổi vận tóc góc quay của vật. Mô men quán tính càng lớn thì vật càng khó thay đổi vận tốc góc và ngược lại.
• Mô men quán tính của một vật phụ thuộc vào khối lượng của vật và sự phân bố khối lượng so với trục quay.

5. 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 với sàn nhà là µ_t = 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 ba giây đầu. Lấy g = 10 m/s².

6. Một vật có khối lượng m = 4 kg chuyển động trên mặt sàn nằm ngang dưới tác dụng của một lực làm với hướng chuyển động một góc α = 30° như hình 21.3. Hệ số ma sát trượt giữa vật với sàn nhà là µ_t = 0,3. Tính độ lớn của lực để:


a) Vật chuyển động với gia tốc a = 1,25 m/s²
b) Vật chuyển động thẳng đều.
Lấy g = 10 m/s².
Tóm tắt
m = 4 kg; α = 30°; µ_t = 0,3; F = ?
a) a = 1,25 m/s²; b) a = 0 
Hướng dẫn giải:

7. Một xe ca có khối lượng 1 250 kg được đùng để kéo một xe moóc có khối lượng 325 kg. Cả hai xe cùng chuyển động với gia tốc 2,15 m/s². Bỏ qua chuyển động quay của các bánh xe. Hãy xác định:
a) Hợp lực tác dụng lên xe ca.
b) Hợp lực tác dụng lên xe moóc.
m_xeca= m₁ = 1 250 kg; m_xemoóc = m₂ = 325 kg; a = 2,15 m/s²
a) F_xeca= F₁ = ?;
b) F_xemoóc= F₂ =?
Hướng dẫn giải:
a) Hợp lực tác dụng lên xe ca chính là lực gây ra chuyển động có gia tốc. Do đó theo định luật II Niu-tơn:
F₁ = (m₁ + m₂) .a = (1 250 + 326) . 2,15 = 3386,25 N
b) Tương tự, hợp lực tác dụng lên xe moóc:
F₂ = m₂. a = 325 . 2,15 = 698,75 N
Đáp số: a) F₁ = 3386,25 N; b) F₂ = 698,75 N

8. Một vật đang quay quanh một trục với tốc độ góc  = 6,28 rad/s. Nếu bỗng nhiên momen lực tác dụng lên nó mất đi thì:
A. Vật dừng lại ngay.
B. Vật đổi chiều quay.
C. Vật quay đều với tốc độ góc  = 6,28 rad/s.
D. Vật quay chậm dần rồi dừng lại.
Đáp án: C

9. Đối với vật quay quanh một trục cố định, câu nào sau đây là đúng?
A. Nếu không chịu momen lực tác dụng thì vật phải đứng yên.
B. Khi không còn momen lực tác dụng thì vật đang quay sẽ lập tức dừng lại.
C. Vật quay được là nhờ có momen lực tác dụng lên nó.
D. Khi thấy tốc độ góc của vật thay đổi thì chắc chắn đã có momen lực tác dụng lên vật.
Đáp án: D

10. Mức quán tính của một vật quay quanh một trục không phụ thuộc vào:
A. Khối lượng của vật.
B. Hình dạng và kích thước vật.
C. Tốc độ góc của vật.
D. Vị trí của trục quay.


C/BÀI TẬP LUYỆN TẬP
1. Hãy cho biết các chuyển động sau đây thuộc loại chuyển động nào?
a) Chuyển động của bè nứa trên một đoạn sông thẳng.
b) Chuyển động của người ngồi trong chiếc đu đang quay.
Trả lời
a) Chuyển động tịnh tiến.
b) Chuyển động quay.

2. Tại sao khi hai vật có trọng lượng bằng nhau treo vào hai đâu của một sợi dây vắt ngang qua một ròng rọc cố định như hình 21.1 thì ròng rọc vẫn đứng yên sau khi thả tay?

Trả lời
Mô men lực tác dụng vào ròng rọc cố định được tính bởi công thức:
M = (P₁ – P₂) R
Trong đó:
P₁ = m₁g; P₂ = m₂g
R = bán kính của ròng rọc.
Vì trọng lượng của hai vật P₁ = P₂ nên:
M = 0 => ròng rọc vẫn đứng yên sau khi thả tay

3. Một vật A được đặt trên một mặt bàn nằm ngang. Dùng một sợi dây, một đầu buộc vào A cho vòng qua ròng rọc và đầu kia của sợi dây buộc vào vật B sao cho vật B rơi không ma sát thẳng đứng từ trên xuống như hình 21.4, Cho biết m_A = 1 kg, hệ số ma sát trượt giữa A và mặt bàn là µ_t = 0,25; gia tốc chuyển động của hệ là a = 5 m/s². Hãy xác định :

a) Khối lượng m_B.
b) Lực căng của dây.
c) Vận tốc vật ở cuối giây thứ hai và quãng đường hệ đi dược trong giây đầu tiên.
Tóm tắt:
m_A = 1kg; µ_t = 0,25 kg; a = 5 m/s²; t = 2s
a) m_B =?
b) T = ?
c) V = ?; s =?
Hướng dẫn giải



4. Dùng một ròng rọc cố định có dạng một đĩa phẳng tròn có khối lượng không đáng kể, có bán kính R = 10 cm. Dùng một sợi dây không co dãn có khối lượng không đáng kể vắt qua ròng rọc. Hai đầu dây treo hai vật khối lượng m₁, m₂ như hình 21.5. Tính mô men lực tác dụng lên ròng rọc và gia tốc chuyển động của hệ trong các trường hợp khối lượng của hai vật như sau:

a) m₁ = m₂ = 1,5 kg
b) m₁ = 3 kg; m₂ = 5 kg. Lấy g =10 m/s².
Tóm tắt: