Vì sao viên bi vẫn đổi hướng trên rãnh cong dù bỏ qua ma sát?

Giải thích nguyên lý

Không có ma sát không có nghĩa là không có lực tiếp xúc. Thành rãnh có thể ép viên bi theo phương vuông góc chuyển động. Trên đoạn cong nằm ngang, lực này làm đổi hướng vận tốc. Phản lực theo phương ngang có thể đóng vai trò lực hướng tâm mà không cần ma sát; các lực thẳng đứng cân bằng với trọng lực trong mô hình đơn giản.

Ví dụ tính từng bước

Một hạt nhỏ 0,20 kg được dẫn đi đều với tốc độ 3 m/s trên cung tròn nằm ngang bán kính 0,50 m. Lực tổng hướng tâm cần có là mv²/r = 0,20 × 9/0,50 = 3,6 N. Nếu chỉ thành dẫn tạo lực ngang, thành dẫn tác dụng 3,6 N về tâm. Lực vuông góc vận tốc nên không làm tăng tốc độ ở mô hình này.

Điểm dễ hiểu sai

Không vẽ lực hướng tâm như một lực mới cộng thêm ngoài phản lực. Nhãn 3,6 N là chính thành phần ngang của lực rãnh lên hạt.

Tự kiểm tra

Nếu tốc độ giảm còn 1,5 m/s ở cùng bán kính, lực ngang cần có là bao nhiêu? Đáp án: 0,9 N.

Điều kiện áp dụng

Mô hình hạt trượt không ma sát, rãnh cố định nằm ngang; không tính năng lượng quay của bi lăn. Phân biệt hình nhìn từ trên với mặt cắt đứng.

Đọc hình minh họa

Hạt đi trên cung rãnh nhìn từ trên, vận tốc theo tiếp tuyến và lực thành rãnh hướng vào tâm; chú thích bỏ qua ma sát. 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