ตัวอย่างคำถามเกี่ยวกับแรงสู่ศูนย์กลาง

4 ตัวอย่างคำถามเกี่ยวกับแรงสู่ศูนย์กลาง

1. วัตถุที่มีมวล 200 กรัมถูกผูกติดกับเชือกเบา แล้วหมุนในแนวนอนด้วย ความเร็วเชิงมุม ยังคงอยู่ที่ 5 เรเดียนต่อวินาที^-1ดังแสดงในภาพต่อไปนี้ ถ้าความยาวของเชือกคือ l = 60 ซม. ขนาดของแรงสู่ศูนย์กลางที่กระทำต่อวัตถุคือ...

ก. 0,3 เอ็น

บี. 0,6 เอ็น

ซี. 3 เอ็น

ง. 6 เอ็น

ตะวันออก 30 เหนือ

การอภิปราย

เป็นที่ทราบกันว่า:

มวลของวัตถุ (m) = 200 กรัม = 200/1000 กิโลกรัม = 2/10 กิโลกรัม = 0,2 กิโลกรัม

ความเร็วเชิงมุม (ω) = 5 เรเดียน/วินาที

ความยาวของเชือก = รัศมี (r) ของเส้นทางวงกลม = 60 ซม. = 60/100 เมตร = 0,6 เมตร

ถาม: ขนาดของแรงสู่ศูนย์กลางที่กระทำต่อวัตถุคือ…

คำตอบ :

แรงสู่ศูนย์กลาง คือ แรงลัพธ์ที่ทำให้วัตถุมีความเร่งสู่ศูนย์กลาง สูตรของแรงสู่ศูนย์กลางคือ:

ΣF = ma_s

ΣF = mv²/r = m ω² r

ข้อสังเกต: ΣF = แรงสู่ศูนย์กลาง, m = มวลของวัตถุ, v = ความเร็วสัมผัส ω = ความเร็วเชิงมุม r = รัศมีของเส้นทางวงกลม

ΣF = m ω² r = (0,2)(5)² (0,6) = (0,2)(25)(0,6) = 3 นิวตัน

คำตอบที่ถูกต้องคือ C.

2. นักเรียนคนหนึ่งหมุนก้อนหินที่ผูกติดกับปลายเชือก ก้อนหินหมุนในแนวนอนดังแสดงในภาพด้านบน ถ้าความเร็วในการหมุนของก้อนหินเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า แรงสู่ศูนย์กลางจะกลายเป็น...

ก. 6 เท่าของต้นฉบับ

ข. อีก 5 ครั้ง

ค. ครั้งที่ 4 อีกครั้ง

ง. 2 ครั้งอีกครั้ง

อี. 2 เท่าของต้นฉบับ

การอภิปราย

เป็นที่ทราบกันว่า:

มวลของหิน = ม.

ความเร็วของหิน = v

ความยาวของเชือก = รัศมี = r

ถาม: ถ้าความเร็วเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า แรงสู่ศูนย์กลางจะกลายเป็น…

คำตอบ :

ถ้าความเร็วเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า แรงสู่ศูนย์กลางจะกลายเป็น:

แรงสู่ศูนย์กลางจะเพิ่มขึ้นเป็น 4 เท่าของแรงเดิม

คำตอบที่ถูกต้องคือ C.

3. ทางโค้งบนถนนราบถูกออกแบบมาเพื่อให้รถยนต์วิ่งด้วยความเร็วสูงสุด 10 เมตร/วินาที^-1เป็นที่ทราบกันว่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างยางกับถนนคือ 0,5 และรัศมีของความโค้งของถนนคือ R เมตร ดังนั้นค่าของ R คือ…. (g = 10 ms²)^-2)

ก. 7,5 เมตร

ข. 8,0 เมตร

ค. 10 เมตร

ง. 15 เมตร

ทิศตะวันออก 20 เมตร

การอภิปราย

เป็นที่ทราบกันว่า:

ความเร็ว (v) = 10 ม./วินาที

สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างยางกับพื้นถนน (μ)_s) = 0,5

ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m/s²²

ถาม: รัศมีของความโค้งของถนน (R เมตร)

คำตอบ :

แรงลัพธ์เพียงแรงเดียวในทิศทางแนวนอนที่กระทำต่อรถเมื่อรถเลี้ยวคือ แรงเสียดทานสถิตสูตรแรงเสียดทานสถิต:

4. รถยนต์คันดังกล่าววิ่งอยู่บนทางโค้ง ณ ตำแหน่ง M ดังแสดงในภาพด้านล่าง

สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตระหว่างล้อกับถนนคือ 0,4 (ความเร่งโน้มถ่วง 10 ms²)^-2เพื่อป้องกันไม่ให้รถวิ่งออกนอกเส้นทาง ความเร็วสูงสุดที่อนุญาตคือ…

A. √10 มิลลิวินาที^-1

2 B.√10 มิลลิวินาที^-1

4 C.√10 มิลลิวินาที^-1

D. 5√10 มิลลิวินาที^-1

จ. 6√10 มิลลิวินาที^-1

การอภิปราย

เป็นที่ทราบกันว่า:

สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต (μ)_s) = 0,4

ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m/s²²

รัศมีของความโค้ง (R) = 40 เมตร

ถาม: ความเร็วสูงสุด (v)

คำตอบ :

สูตร กฎข้อที่สองของนิวตัน บน การเคลื่อนที่แบบวงกลมสม่ำเสมอ

ข้อสังเกต:

ΣF = แรงสู่ศูนย์กลาง = แรงลัพธ์ = แรงทั้งหมด, m = มวลของวัตถุ, a_s = ความเร่งสู่ศูนย์กลาง, v = ความเร็วเชิงเส้น, R = รัศมีของความโค้ง

แรงสู่ศูนย์กลาง

แรงสู่ศูนย์กลาง คือ แรงลัพธ์ที่พุ่งเข้าหาจุดศูนย์กลางของเส้นทางการเคลื่อนที่แบบวงกลม เมื่อรถยนต์เคลื่อนที่เป็นวงกลม แรงเพียงอย่างเดียวที่พุ่งเข้าหาจุดศูนย์กลางคือแรงเสียดทานสถิต ดังนั้นแรงเสียดทานสถิตจึงเป็นแรงสู่ศูนย์กลาง

สูตรแรงเสียดทานสถิต:

ข้อสังเกต:

μ_s = สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต, w = น้ำหนักของวัตถุ, m = มวลของวัตถุ, g = ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง

คำนวณความเร็วสูงสุด (v):

คำตอบที่ถูกต้องคือ C.

ที่มาของคำถาม:

ข้อสอบวิชาฟิสิกส์ระดับชาติ สำหรับนักเรียนมัธยมปลาย/อาชีวศึกษา