Một ô tô mô hình được thả nhẹ từ trạng thái nghỉ từ độ cao h của một cái rãnh không ma sát

Giải SBT Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 26: Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng

Câu hỏi 26.1 trang 48 SBT Vật lí 10: Một ô tô mô hình được thả nhẹ từ trạng thái nghỉ từ độ cao h của một cái rãnh không ma sát. Rãnh được uốn thành đường tròn có đường kính D ở phía cuối như trên Hình 26.1. Ô tô này trượt trên rãnh được cả vòng tròn mà không bị rơi. Giá trị tối thiểu của h là:

A. $\frac{5D}{4}$ .       

B. $\frac{3D}{2}$ .        

C. $\frac{5D}{2}$ .        

D. $\frac{5D}{3}$ .

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Chọn mốc tính thế năng tại mặt phẳng ngang.

Cơ năng tại đỉnh dốc: ${\text{W}}_1={\text{W}}_{d1}+{\text{W}}_{t1}=\frac{1}{2}m{.0}^2+mgh=mgh$

Cơ năng tại điểm cao nhất của vòng tròn: ${\text{W}}_2={\text{W}}_{d2}+{\text{W}}_{t2}=\frac{1}{2}m{v}^2+mgD$

Do bỏ qua ma sát nên cơ năng coi như bảo toàn: 

${\text{W}}_1={\text{W}}_2\iff mgh=\frac{1}{2}m{v}^2+mgD\iff v^2=2g\left(h-D\right)$

Khi ô tô lên đỉnh cao nhất của vòng tròn, hợp lực của trọng lực và phản lực tác dụng lên ô tô đóng vai trò là lực hướng tâm (trọng lực và phản lực có phương thẳng đứng, hướng xuống):

$F_{ht}=P+N\Rightarrow N=F_{ht}-P=m\frac{v^2}{r}-mg=m\frac{2g\left(h-D\right)}{\frac{D}{2}}-mg$

Để ô tô không bị rơi khi lên đỉnh vòng tròn thì:

$$\begin{gathered} N\ge 0\iff m\frac{2g\left(h-D\right)}{\frac{D}{2}}-mg\ge 0\iff h-D\ge \frac{D}{4}\Rightarrow h\ge \frac{5D}{4} \\ \Rightarrow h_{\min }=\frac{5D}{4} \end{gathered}$$

Xem thêm các bài giải sách giáo khoa Vật lí 10 bộ sách Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Câu hỏi 26.2 trang 49 SBT Vật lí 10: Một thùng gỗ được kéo trên đoạn đường nằm ngang dài... 

Câu hỏi 26.3 trang 49 SBT Vật lí 10: Năng lượng mà vật có được do vị trí của nó so với các vật... 

Câu hỏi 26.4 trang 49 SBT Vật lí 10: Khi một quả bóng được ném lên thì... 

Câu hỏi 26.5 trang 49 SBT Vật lí 10: Dòng nước từ đỉnh thác có tốc độ là 5,1 m/s thì rơi tự do... 

Câu hỏi 26.6 trang 49 SBT Vật lí 10: Một vận động viên nhào lộn thực hiện động tác nhảy từ... 

Câu hỏi 26.7 trang 49 SBT Vật lí 10: Vật nặng của một con lắc đơn được kéo lên đến độ cao 15... 

Câu hỏi 26.8 trang 49 SBT Vật lí 10: Một quả bóng nhỏ được ném với vận tốc ban đầu 4 m/s... 

Câu hỏi 26.9 trang 50 SBT Vật lí 10: Một vận động viên nhảy cầu thực hiện động tác bật nhảy... 

Xem thêm lời giải sách bài tập Vật lí lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác: 

Bài 27: Hiệu suất

Bài tập cuối chương 4

Bài 28: Động lượng

Bài 29: Định luật bảo toàn động lượng

Bài tập cuối chương 5