29Hệ qui chiếu có gia tốc. Lực quán tính

Ngày soạn: 24/11/2013
Tiết ppct: 29
HỆ QUY CHIẾU CÓ GIA TỐC
LỰC QUÁN TÍNH
I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức:
- Hiểu được lí do đưa ra và lập luận dẫn đến khái niệm lực quán tính , biểu thức đặc điểm
của lực quán tính
- Viết được bỉểu thức của lực quán tính và vẽ đúng vectơ biểu diễn lực quán tính
2. Kỹ năng:
-

Biết vận dụng khái niệm lực quán tính để giải một số bài tóan trong hệ quy chiếu phi
quán tính
II. CHUẨN BỊ
- Hòn bi, xe lăn, một máy Atwood, lực kế, các quả cân
III. TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY
1) Kiểm tra bài cũ :
- Hãy phát biểu ba định luật niutơn
2) Giới thiệu bài mới :
HOẠT ĐỘNG CỦA GV & HS
NỘI DUNG CƠ BẢN
I. HỆ QUY CHIẾU CÓ GIA TỐC
I. HỆ QUY CHIẾU CÓ GIA TỐC
GV mô tả thí nghiệm như hình vẽ 21.1
Trong một hệ quy chiếu chuyển động
GV : Khi ta thả cho hệ thống chuyển động bất chợt hay
có gia tốc so với hệ quy chiếu quán tính,
nói đúng hơn là xe lăn chuyển động bất chợt thì xảy ra
các định luật Newton không được nghiệm

hiện tượng gì cho quả cầu ?
đúng nữa. Ta gọi đó là hệ quy chiếu phi
HS : Quả cầu chuyển động ngược lại so với xe lăn.
quán tính.
GV : Điều đó có nghĩa là quả cầu m thu gia tốc. Theo định
luật II Newton, một vật chỉ thu gia tốc khi nào ?
HS : Khi có vật khác tương tác lên vật đó một lực.
GV : Trong trường hợp này các em thấy có vật nào tương
tác lên quả cầu không ?
HS : không !
GV : Như vậy thì đối với xe lăn, khi chuyển động làm quả
cầu bị giựt lùi lại mà không có sự tương tác ⇒ Trái với
định luật II newton ⇒ Hệ quy chiếu có gia tốc.
II. LỰC QUÁN TÍNH
II. LỰC QUÁN TÍNH
a) Khái niệm :
a) Khái niệm :
Trong một hệ quy
GV : Mặt dù không có sự tương tác giửa các vật lên quả
 chiếu chuyển động
cầu, nhưng quả cầu vẫn chuyển động ⇒ Như vậy ta có thể với một gia tốc a so với hệ quy chiếu
xem quả cầu đã chịu một lực ( hệ quy chiếu phi quán tính) quán tính, các hiện tượng cơ học xảy ra
giống như là mỗi vật có khối
gọi là lực quán tính.
 lượng m
a
chịu
thêm
một
lực

bằng
m
. Lực này
GV : nếu đứng trên mặt đất
 quan sát các em thấy xe lăn
gọi là lực quán tính :
chuyển động với gia tốc a , còn quả cầu sẽ ở trạng thái


như thế nào ?
Fq = −ma
HS : Quả cầu ở trạng thái đứng yên !
* Lực quán tính không có phản lực.
GV : Theo bài công thức cộng vận tốc, các em hãy tính
xem quả cầu chuyển động với gia tốc như thế nào so với
chiếc xe lăn ?

HS : Quả cầu sẽ chuyển động với gia tốc - a .
GV : Từ đó các em cho biết lực quán tính được tính như
thế nào ?


HS : F q = - m a
GV : Do quả câu m chuyển động không do sự tương tác,
nên quả cầu m có phản lực hay không ?
HS : Thưa Thầy không !
GV : Và điều cần chú ý nhất là lực quán tính luôn luôn




ngược chiều với gia tốc a
b) Bài toán
Bài 1 :
GV : Ta treo một con lắc đơn vào trần xe đang chuyển
động với gia tốc a
GV : Nếu ta chọn hệ quy chiếu trong xe, thì vật sẽ trạng
thái như thế nào ?
HS : Vật sẽ đứng yên so với xe.
GV : Các em có thể cho biết các lực nào tác dụng lên vật ?


HS : Các lực tác dụng lên vật là P và T
GV : Hệ quy chiếu mà chúng ta đang chọn là hệ quy chiếu
quán tính hay phi quán tính ?
HS : Hệ quy chiếu phi quán tính !
GV : Như vậy vật phải chịu thêm lực nào nữa không ?

HS : Vật sẽ chịu thêm lực quán tính F

GV hướng dẫn cho các em HS vẽ vật m chịu 3 lực P


, T và F qt
Sau đó GV gọi HS lên tính góc α ( Gọi ý cho HS về
tanα )
a
Fq
m.g
tgα =
=

⇒ T=
g
cosα
P
Bài 02 :
GV : Tương tự bài tập trên, ở BT này người ta treo một
vật vào một lực kế, dĩ nhiên là số chỉ lực kế chính là trọng
lực của vật rồi !
Bây giờ ta treo toàn bộ hệ thống trên vào buồng thang
máy
GV : Khi thang máy đứng yên thì các em thử nghĩ xem giá
trị lực kế có gì thay đổi không ?
HS : không ?
GV : Thật vậy, ta có F = P = m.g
GV : Bây giờ ta bấm nút điều khiển cho thang máy

chuyển động lên nhanh dần đều, khi đó các em cho biết a
có chiều
 như thế nào ?
HS : a của thang máy có chiều hướng lên .
GV : Như vậy thì nếu ta chọn hệ quy chiếu trong thang
máy là hệ quy chiếu gì nào ?
HS : Hệ quy chiếu phi quán tính
GV : Trong hệ quy chiếu này vật sẽ ở trạng thái như thế
nào ?
HS : Vật ở trạng thái đứng yên
GV : Vật chịu bao nhiêu lực tác dụng lên nó ?
 
HS : Vật chịu ba lực tác dụng lên nó là P , F qt và lực đàn


hồi của lực kế F lk
GV hướng dẫn HS vẽ hình lên bảng

GV : Qua hình vẽ trên các em cho biết giá trị F lk được
tính như thế nào ?
HS :Flk = P + Fq = m(g +a)
GV : Và bây giờ nêu như ta điều khiển cho thang máy
chuyển động xuống nhanh dần đều, tương tự như câu trên
các em hãy vẽ các lực tác dụng lên vật và cách tính giá trị

F qt
GV : Gọi HS lên vẽ các lực tác dụng lên vật và cách tính

giá trị của lực kế F lk .

b) Bài tập áp dụng :
Bài 1 : Dùng dây treo một quả cầu khối
lượng m lên đầu một cái cọc đặttrên xe
lăn. Xe chuyển động với gia tốc a không
đổi . hãy tính góc lệch α của dây so với
phương thẳng đứng và lực căng dây.
Bài giải :
Trong hệ quy chiếu gắn với xe, quả
 cầu

chịu tác dụng của trọng lực P = m. g , lực

căng dây T của dây treo và lực quán tính




F q = - m a ( chính F q kéo dây lệch khỏi
phương thẳng đứng). Khi dây treo đã có
một vị trí ổn định so với xe, ba lực nói
trên cân bằng nhau.
a
Fq
m.g
tgα =
=
⇒ T=
g
cosα
P
Bài 2 : Một vật có khối lượng m = 2 kg
móc vào một lực kế treo trong buồng
thang máy. Hãy tìm số chỉ của lực kế
trong các trường hợp :
a) Thang máy chuyển động đều.
b) Thang máy chuyển động với gia
tốc a = 2,2 (m/s2) hướng lên trên ?
c) Thang máy chuyển động với gia
tốc a = 2,2 (m/s2) hướng xuống
dưới ?
Bài giải :
Chọn :
+ Hệ trục tọa độ gắn trong buồn thang
máy.
+ MTG : Lúc thang máy bắt đầu
chuyển động (t0 = 0)

a) Thang máy chuyển động đều (a = 0)
F = P = mg = 2.9,8 = 19,6 (N)
b) Thang máy chuyển động lên nhanh dần
đều với gia tốc a = 2,2 m/s2
Flk = P + Fq = m(g +a)
= 2(9,8 + 2,2) = 24 (N)

c) Thang máy chuyển động xuống nhanh
dần đều
Flk = P – Fq = m(g –a) = 15,2 (N)


3) Cũng cố
1/ Thế nào là hệ quy chiếu phi qn tính ?
2/ Thế nào là lực qn tính ?
4) Dặn dò
- Trả lời các câu hỏi 1, 2, 3.
- Làm bài tập : 1, 2, 3, 4.
Quảng Ninh, ngày 25 tháng 11 năm 2013
Đã kiểm tra

Hồ Công Tình