Một ô tô khối lượng m = 1200kg (coi là chất điểm), chuyển động với vận tốc 36km/h

Bài 22: Lực hướng tâm và lực quán tính li tâm. Hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lực

Bài 3 (trang 103 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một ô tô khối lượng m = 1200kg (coi là chất điểm), chuyển động với vận tốc 36km/h trên chiếc cầu vồng nên coi như cung tròn có bán kính R = 50m (hình 22.10). Tính áp lực của ô tô vào mặt cầu tại thời điểm cao nhất? Nếu cầu võng xuống (các số liệu vẫn giữ như trên) thì áp lực của ô tô vào mặt cầu tại điểm thấp nhất là bao nhiêu? So sánh hai đáp số và nhận xét.

Lời giải:

Cách 1:

- Xét hệ quy chiếu gắn với mặt đất (HQC quán tính)

P→+ N→= F_ht→= m.a_ht→

Chiếu biểu thức vectơ lên chiều dương (hình vẽ), ta được:

F_ht = -N + P

Cách 2: Xét trong hệ quy chiếu phi quán tính (gắn với ô tô). Trong hệ quy chiếu này ô tô chịu tác dụng của lực quán tính F_qt→.

Khi đó ta có: P→+ N→+ F_qt→= 0 (1)

Vì a_ht→ hướng vào tâm O nên F_qt→ hướng ra xa tâm O. Chiếu (1) lên chiều dương hướng vào tâm O ta được:

P – N – F_qt = 0 → N = m.(g - v²/R) = 9360N

Nếu cầu võng xuống thì ở chỗ thấp nhất ta có:

Xét hệ quy chiếu gắn với mặt đất (HQC quán tính):

P→+ N→= F_ht→= m.a_ht→

Chiếu biểu thức vectơ lên chiều dương (hình vẽ), ta được:

F_ht = N - P

Vậy:

+ Trường hợp cầu vồng, khi qua chỗ cao nhất, áp lực của ô tô lên cầu nhỏ hơn trọng lực của nó.

+ Trường hợp cầu võng, khi qua vị trí thấp nhất, áp lực của ô tô lên cầu lớn hơn trọng lực của nó.