Nhận biết (M1)

Mỗi nhận định sau đây là đúng hay sai khi khảo sát động lực học của lực liên kết pháp tuyến (lực nén) tác dụng giữa toa tàu và đường ray vòng lặp?

Phát biểu	Đúng	Sai
Lực pháp tuyến do đường ray tác dụng lên toa tàu đạt giá trị cực đại khi tàu di chuyển qua đáy vòng lặp (Điểm B)
Lực pháp tuyến do đường ray tác dụng lên toa tàu tại đỉnh vòng lặp (Điểm A) hướng thẳng đứng từ trên xuống dưới
Để toa tàu hoàn thành vòng lặp an toàn mà không bị rơi khỏi đường ray tại đỉnh A, tốc độ ban đầu tối thiểu của tàu tại đáy B phải bằng m/s (xấp xỉ m/s)

Giải thích đáp án:

(a) Nhận định a đúng vì: Tại đáy B, lực hướng tâm và trọng lực cùng phương thẳng đứng nhưng ngược chiều nhau: .

Do đó lực pháp tuyến bằng .

Đây là vị trí có tốc độ lớn nhất và lực hướng tâm dồn trọng lực cực đại, do đó lực pháp tuyến cực đại.

(b) Nhận định b đúng vì: Tại đỉnh A, trọng lực hướng thẳng đứng xuống dưới.

Lực pháp tuyến do đường ray nằm ở phía trên bánh xe ép xuống cũng hướng thẳng đứng xuống dưới để cùng đóng vai trò lực hướng tâm kéo toa tàu quay vòng tròn: .

Vì m/s nên , hướng thẳng đứng xuống dưới.

(c) Nhận định c đúng vì: Để tàu không rơi khỏi ray tại đỉnh A, lực ép của đường ray phải thỏa mãn m/s.

Áp dụng bảo toàn cơ năng giữa B và A để tìm tốc độ tối thiểu tại đáy :

Thay số: .

Do đó tốc độ tối thiểu tại đáy phải là m/s.