Chuong III. CAN BẰNG VÀ CHUV€N ĐỘNG CỦA VẠT AAN §17. CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CHỊU TÁC DỤNG CỦA HAI Lực VÀ CỦA BA Lực KHÔNG SONG SONG A. KIẾN THỨC Cơ BẢN Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực Điều kiện cân bằng Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải củng giá, cùng độ lớn và ngược chiều. Xác định trọng tâm của một vật phẳng, mỏng Trường hợp vật phẳng, mỏng có dạng hình học xác định thì trọng tâm trùng với tâm hình học của vật. Trường hợp vật phẳng, mỏng có dạng bất kì, có thể xác định bằng thực nghiệm: Treo vật 2 lẩn bằng dây mảnh với các điểm buộc dây khác nhau, trọng tâm của vật là giao điểm của 2 đường thẳng vẽ trên vật, chứa dây treo trong hai lần treo đó. II. Cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song Quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy Muốn tổng hợp hai lực có giá dồng quy tác dụng lên một vật rắn, trước hết ta phải trượt hai vectơ lực đó trên giá của chúng đến điểm đồng quy, rồi áp dụng quy tắc hình binh hành để tìm hợp lực. Điểu kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song Muốn cho một vật chịu tác dụng của ba lực không song song ở trạng thái cân bằng thì: Ba lực đó phải có giá đồng phẳng và dồng quy; Hợp lụ'c của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba. F, + Ệ, = - F3 B. HOẠT ĐỘNG C1. Cỏ nhận xét gì về phương của hai dây khi vật đứng yên? Hình 17.1 C2. Em hãy làm như hình 17.2 và cho biết trọng tâm của thước dẹt ở đâu. C3. Có nhận xét gì về giá của ba lực ở hình 17.3? c. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Phát biểu điều kiện cân bằng của một vặt rắn chịu tác đụng của hai lực. Trọng tâm của một vật là gì? Trình bày phựơng pháp xác định trọng tâm của vật phăng, mỏng bằng thực nghiệm. Cho biết trọng tâm của một số vật đồng chất và có dạng hình học đối xứng. Phát biểu quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy. Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song là gì? Một vật có khôi lượng m = 2 kg được giữ yên trên một mặt phắng nghiêng bởi một sợi dây song song với đường dốc chính [Hình 17.4]. Biết góc nghiêng a = 30°, g = 9,8 m/s2 và ma sát là không đáng kể. Hãy xác định: lực căng của dây; phản lực của mặt phảng nghiêng lên vật. Hình 17.4 Hai mặt phẵng đỡ tạo với mặt phẵng nằm ngang các góc a = 45°. Trên hai mặt phăng đó người ta đặt một quả cầu đồng chất có khối lượng 2 kg [Hình 17.5]. Bỏ qua ma sát và lấy g = 10 m/s2. Hỏi áp lực của quả cầu lên mỗi mặt phăng đỡ bằng bao nhiêu? A. 20 N; B. 28 N; c. 14 N; D. 1,4 N. Hình 17.5 Một quả cầu đồng châ't có khôi lượng 3kg được treo vào tường nhờ một sợi dây. Dây làm với tường một góc a = 20° [Hình 17.6]. Bỏ qua ma sát ở chỗ tiếp xúc của quả cầu vởi tường, lâ’y g = 9,8m/s2. Lực căng của dây là: A. 88 N B. 10 N C. 28 N D. 32 N Hỉnh 17.6 LỜI GIẢI Hoạt động Cl. Hai đoạn dây nằm ngang thuộc cùng một đường thắng. C2. Đặt thước lên dầu một ngón tay sao cho thước nằm cân bàng thì điếm đặt đầu ngón tay là trọng tàm của thước. C3. Giá cùa ba lực đều thuộc mặt phắng chúa tấm bìa nên ba giá đồng phăng. Câu hỏi và bài tập Học. sinh xem trang 96 SGK. Trọng tâm của một vật là điểm đặt cùa trọng lực tác dụng lên vạt đo. Nếu vật có tâm đối xứng thì trọng tàm a b trùng với tâm đối xứng. Nếu vật móng phắng không có tâm dối xứng till ta xác định trọng tàm G như sau: Treo vật lần 1: [Hình a]: Vạch giá của trọng lực p dọc theo dâj' treo. Treo vật lần 2: [Hình bl: Vạch giá của trọng lực p dọc theo dây treo giao điểm cua hai giá là G. - Hình tròn, hình cầu: G = G. Hỉnh 17 7 Tam giác: G lâ giao diêm ba dường trung tũyến. Hình bình hành: G là giao điếm.của hai đường chéo. Hình hộp chữ nhật: G là giao điềm của hai đường chéo thuộc một mặt phăng đường chéo. Hình trụ: G là giao diêm của trục hình trụ với tiêt diện thang cách đều hai đáy. Học sinh xem trang 98 SGK. Học sinh xem trang 98 SGK. Bổ qua ma sát nghi thì vật cân bằng dưới tác dụng cùa ba lực dồng phẵng đồng quy: p , N , p Điều kiện càn bang của vật T + N + P =. Ó « T + NI = - p Hình bình hành vectơ là hình chữ nhật nên có: T = Psiinx - mgsin 30"= 2.9,8.0,5 T = 9’8 N Hình 17.s 17 [N] N = Pcosa = mgcos[30"] = 2.9,8. Quả cầu cân bàng dưới tác dụng cua ba lực đồng quy trọng lực p đặt tại G Phàn lực của giá đõ' tại A: n'a ; Niỉ có giá vuông góc mặt tiếp xúc và qua G. Trượt Na, N|[ tới G ta có điều kiện cân bàng: Na + Nii + P =.Ó Na + Nr, = p Hình bình hành vecto' là hình vuông góc có đường chéo vuông góc với “mặt phang" mặt đất Hình 17.í] nên N,\ = N|| = ị-- = -l-~ - = 11]72 [N]. 72 72 72 Theo định luật ĨII Niu-tơn ta có áp lực cua quả cầu lên: Giá đõ' trái: N,\'- N,\= loTỖ N Giá dỡ phải: Nir= N|Ì= io72 N. Quả cầu cân bang dưới tác dụng của ba lực có giá trị dồng quy tại G: p . N , T . Trượt T , N vè G ta được bộ như hình vẽ Điều kiện cân bằng: p + N + T =0 p + N = T Hình bình hành vectơ là bình chữ nhật nôn p mg 3.9,8 Lực căng: T ■= _ O ■ 2 cosu cos20' 31,3 [N]
Xem toàn bộ tài liệu Lớp 10: tại đây
Xem thêm các sách tham khảo liên quan:
- Giải Vật Lí Lớp 10
- Sách Giáo Khoa Vật Lý 10
- Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 10
- Giải Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao
- Sách giáo khoa vật lý 10 nâng cao
- Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao
- Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10
- Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao
Giải Sách Bài Tập Vật Lí 10 – Bài 17 : Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và của ba lực không song song giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:
Bài 17.1, 17.2 trang 41 Sách bài tập Vật Lí 10:
17.1. Một vật khối lượng m kg được giữ yên trên một mặt phẳng nghiêng bằng một sợi dây song song với mặt phẳng nghiêng. Góc nghiêng a = 30o [H.17.1]. Bỏ qua ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng. Lực căng của dây và phản lực của mặt phẳng nghiêng là
A. mg√3/2; mg/2 B. mg√3; mg/2
C. mg/2; mg√3/2 D. 2mg; 2mg/√3
17.2. Một thanh đồng chất, khối lượng m, tựa vào tường không ma sát. Thanh hợp với mặt đất một góc 45o [H.17.2]. Lực ma sát nghỉ tác dụng vào đầu dưới của thanh là
A. mg/2 B. mg/√2 C. mg/2√2 D. mg
Lời giải:
17.1: Chọn đáp án C
17.2: Chọn đáp án A
Bài 17.3 trang 41 Sách bài tập Vật Lí 10: Một sợi dây, một đầu buộc vào bức tường nhám, đầu kia buộc vào đầu A của một thanh đồng chất, khối lượng m. Dây có tác dụng giữ cho thanh tì vuông góc vào tường tại đầu B và hợp với thanh một góc 30o [H.17.3]. Lực căng của dây và lực ma sát nghỉ của tường là
A. 1/2[mg]; mg B. mg√3/2; mg
C. mg; mg√3/2 D. mg; 1/2[mg]
Lời giải:
Chọn đáp án D
Bài 17.4 trang 42 Sách bài tập Vật Lí 10: Một chiếc đèn có trọng lượng P = 40 N được treo vào tường nhờ một dây xích. Muốn cho đèn ở xa tường người ta dùng một thanh chống nằm ngang, một đầu tì vào tường còn đầu kia tì vào điểm B của dây xích [H.17.4]. Bỏ qua trọng lượng của thanh chống, dây xích và ma sát ở chỗ thanh tiếp xúc với tường. Cho biết dây xích hợp với tường một góc 45o.
a] Tính lực căng của các đoạn xích BC và AB.
b] Tính phản lực Q của tường lên thanh.
Lời giải:
Điểm C đứng cân bầng [H.17.4Ga], nên :
T1= P = 40 N
Thanh chống đứng cân bằng [H. 17.4Gb],
ba lực T1→, T2→ và Q→ đồng quy ở B. Từ tam giác lực, ta có :
Q = T1 = P = 40 N
T2 = T1√2 = 56,4 ≈ 56 N.
Chú ý: Do tường không có ma sát nên xích phải có ma sát mới giữ được thanh chống, vì vậy T2 phải lớn hơn T1.
Bài 17.5 trang 42 Sách bài tập Vật Lí 10: Một thanh AB đồng chất, khối lượng m = 2,0 kg tựa lên hai mặt phẳng nghiêng không ma sát, với các góc nghiêng α = 30o và β = 60o. Biết giá của trọng lực của thanh đi qua giao tuyến O của hai mặt phẳng nghiêng [H.17.5]. Lấy g = 10 m/s2. Xác định áp lực của thanh lên mỗi mặt phẳng nghiêng.
Lời giải:
Thanh AB chịu ba lực cân bàng là P→, N1→ và N2→. Vì mặt phẳng nghiêng không ma sát nên hai phản lực N1→ và N2→ vuông góc với các mặt phẳng nghiêng. Ta trượt các vectơ lực trên giá của chúng đến điểm đồng quy C [H.17.5G].
Từ tam giác lực, ta được :
N1 = Psin30o = 20.0,5 = 10 N
N2 = Pcos30o = 20.√3/2 = 17,3 ≈ 17 N
Theo định luật III Niu-tơn thì áp lực của thanh lên mặt phẳng nghiêng có độ lớn bằng phản lực của mặt phẳng nghiêng lên thanh.
Bài 17.6 trang 42 Sách bài tập Vật Lí 10: Một thanh gỗ đồng chất, khối lượng m = 3 kg được đặt dựa vào tường. Do tường và sàn đều không có ma sát nên người ta phải dùng một dây buộc đầu dưới B của thanh vào chân tường để giữ cho thanh đứng yên [H.17.6]. Cho biết OA = OB√3/2 và lấy g = 10 m/s2. Xác định lực căng T của dây.
Lời giải:
Gọi FB→ là hợp lực của lực căng T→ và phản lực NB→ của sàn. Ta có hệ ba lực cân bằng là P→, NA→ và NB→. Ba lực này đồng quy tại C [H.17.6G].
Vì OA = CH = OB√3/2 nên tam giác OCB là tam giác đều. Từ tam giác lực ta có :
T = NA= Ptan30o = P/√3