Vì sao vật quay thành vòng tròn ngang trên dây nghiêng không có lực căng hoàn toàn nằm ngang?

Giải thích nguyên lý

Vật không gia tốc theo phương đứng nhưng vẫn có trọng lực. Lực căng phải có thành phần đứng cân bằng trọng lực, đồng thời có thành phần ngang tạo hợp lực hướng tâm. Vì thế không lấy toàn bộ lực căng làm lực hướng tâm nếu dây nghiêng.

Ví dụ tính từng bước

Vật 0,2 kg, g = 10 m/s², dây tạo góc 30° với phương đứng, quỹ đạo ngang r = 0,5 m. Tcos30° = 2 N nên T ≈ 2,309 N. Thành phần ngang Tsin30° ≈ 1,155 N; từ mv²/r suy v ≈ 1,699 m/s.

Điểm dễ hiểu sai

T = mv²/r chỉ đúng trong một số cấu hình mà toàn lực căng theo bán kính ngang và các lực khác không góp phần theo đó.

Tự kiểm tra

Kiểm v²/r = gtan30° ≈ 5,774 m/s².

Điều kiện áp dụng

Vật đã quay đều thành vòng ngang, dây nhẹ không giãn; không dùng công thức chu kỳ dao động lớp sau.

Đọc hình minh họa

Vật trên quỹ đạo tròn ngang, dây nghiêng 30° so đứng; tách lực căng thành phần đứng và ngang, trọng lực hướng xuống. 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

Gia tốc hướng tâm hướng vào đâu Tốc độ góc đo bằng radian trên giây