Vì sao xe qua đỉnh cầu lồi có thể nhẹ tải lên mặt cầu khi chạy nhanh hơn?

Giải thích nguyên lý

Tại đỉnh một cung tròn lồi, gia tốc hướng tâm xuống. Trọng lực xuống lớn hơn phản lực lên khi xe còn tiếp xúc, và hiệu hai lực cung cấp hợp lực hướng tâm. Vì vậy phản lực giảm khi tăng tốc độ trong mô hình đỉnh cầu đã cho.

Ví dụ tính từng bước

Xe mô hình 1 kg, r = 5 m, g = 10 m/s². Ở v = 4 m/s, N = mg − mv²/r = 10 − 3,2 = 6,8 N. Ở v = 6 m/s, N = 10 − 7,2 = 2,8 N. N không bằng trọng lượng 10 N trong hai trạng thái ấy.

Điểm dễ hiểu sai

Nếu phép tính cho N âm, giả thiết xe còn được mặt cầu đỡ đã sai; mặt cầu không tự hút xe xuống trong mô hình tiếp xúc thông thường.

Tự kiểm tra

Giới hạn N = 0 cho v = √(gr) = √50 ≈ 7,07 m/s, chỉ là giới hạn của mô hình, không phải tốc độ lái an toàn.

Điều kiện áp dụng

Cung tròn, xét ngay đỉnh, bỏ lực nâng không khí và chưa dùng cho cầu thật; vận tốc chỉ là dữ kiện mô phỏng.

Đọc hình minh họa

Xe ở đỉnh cung lồi với trọng lực xuống và phản lực lên; hai lượt tốc độ cho phản lực khác nhau. 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