Một quả cầu nhỏ, khối lượng m = 300g, buộc vào một đầu dây treo vào trần của toa tàu

Bài 21: Hệ quy chiếu có gia tốc. Lực quán tính

Bài 4 (trang 97 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một quả cầu nhỏ, khối lượng m = 300g, buộc vào một đầu dây treo vào trần của toa tàu đang chuyển động.

Hình 21.8 ghi lại những vị trí ổn định của quả cầu trong một số trường hợp.

a) Hãy nhận xét về tính chất của chuyển động của toa tàu trong mỗi trường hợp.

b) Tính gia tốc của toa tàu và lực căng của dây treo trong mỗi trường hợp.

Lời giải:

Trường hợp tổng quát: quả cầu chịu tác dụng của ba lực:

Trọng lực P→, lực căng T→ và lực quán tính F_qt→ (xét trong hệ quy chiếu gắn với xe khi xe đang chuyển động có gia tốc a→)

Từ hình vẽ ta có:

a) Trường hợp 1: tàu đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều.

α = 0. Từ (2) ⇒ cosα = 1 ⇒ T = P = m.g = 2,94N

b) Trường hợp 2: Ta thấy dây treo lệch sang phải nên F_qt→ hướng sang phải → a→ hướng sang trái. Do vậy tàu chuyển động chậm dần đều.

Từ (1) ⇒ a = g.tanα = 9,8.tan8^o = 1,38m/s²

Từ (2):

c) Trường hợp 3: Ta thấy dây treo lệch sang trái nên F_qt→ hướng sang trái → a→ hướng sang phải cùng chiều với chiều chuyển động. Do vậy tàu chuyển động nhanh dần đều.

a = g.tanα = 9,8.tan4^o = 0,69m/s²