Vì sao thanh cứng có thể giữ vật đi qua đỉnh vòng tròn chậm hơn một sợi dây mềm?

Giải thích nguyên lý

Dây mềm căng chỉ kéo dọc dây, trong khi một thanh cứng phù hợp có thể kéo hoặc đẩy. Ở đỉnh vòng tròn đứng, trọng lực đã hướng vào tâm. Nếu lực hướng tâm cần nhỏ hơn trọng lực, liên kết phải đẩy vật ra xa tâm để giảm hợp lực hướng vào. Dây mềm không tạo được lực đẩy đó nên giả thiết dây vẫn căng có thể sai.

Ví dụ tính từng bước

Vật 0,20 kg ở đỉnh quỹ đạo bán kính 0,50 m, g = 10 m/s² và v = 1 m/s. Hợp lực cần hướng xuống tâm là mv²/r = 0,40 N; trọng lực là 2 N. Thanh phải đẩy lên 1,60 N để còn hợp lực xuống 0,40 N. Với dây mềm, phương trình sẽ đòi lực căng hướng lên, trái khả năng kéo về tâm ở đỉnh.

Điểm dễ hiểu sai

Không chấp nhận “lực căng âm” như dây đang đẩy. Cũng không suy một thanh thực bất kỳ chịu được mọi tải hoặc mọi kiểu liên kết.

Tự kiểm tra

Kiểm 2 − 1,60 = 0,40 N, đúng ma hướng tâm, dù thanh đang chịu nén.

Điều kiện áp dụng

Thanh nhẹ, đủ cứng, khớp phù hợp, vật coi điểm; chỉ kiểm điều kiện tại đỉnh, chưa chứng minh cả chuyển động đi trọn vòng từ một trạng thái đầu bất kỳ.

Đọc hình minh họa

Vật tại đỉnh, thanh nối xuống tâm đẩy lên 1,60 N, trọng lực 2 N xuống; hình dây bên cạnh đánh dấu trạng thái căng không khả thi với cùng dữ kiện. Các mũi tên chỉ đại lượng theo nhãn; hình định tính không dùng để đo tỉ lệ lực hoặc độ dài. Các đồ thị đọc theo số liệu và đơn vị hai trục.

Học tiếp

Định luật II Newton viết dưới dạng vectơ thế nào Cô lập vật trước khi giải bài lực như thế nào