2. Bài 2. Một số lực thường gặp

>> Xem chi tiết: Lí thuyết Bài 2 Một số lực thường gặp - Vật lí 10

1. Mở đầu

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết đã học

Lời giải chi tiết:

Ví dụ về vật chịu tác dụng đồng thời của nhiều lực:

+ Đẩy xe hàng đi về phía trước

+ Kéo vật trên ròng rọc

2. Quan sát, trả lời câu hỏi và thảo luận

Quan sát hình 2.1 và cho biết người nào tác dụng lực đẩy, người nào tác dụng lực kéo lên cái tủ?

Hãy biểu diễn lực tác dụng của mỗi người lên tủ.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ

Lời giải chi tiết:

Bạn A dùng lực kéo

Bạn B dùng lực đẩy

Biểu diễn:

Quan sát hình 2.1 và cho biết người nào tác dụng lực đẩy, người nào tác dụng lực kéo lên cái tủ?

Hãy biểu diễn lực tác dụng của mỗi người lên tủ.

Phương pháp giải:

+ Quan sát hình và đưa ra nhận định về hướng chuyển động

+ Hợp lực F>0, ô tô chuyển động tăng tốc

+ Hợp lực F=0, ô tô chuyển động thẳng đều

+ Hợp lực F<0, ô tô giảm tốc và dần dừng lại.

Lời giải chi tiết:

Trong cả ba hình, hướng chuyển động của ô tô là: phương nằm ngang, chiều từ trái sang phải.

a) Lực phát động là 400 N, lực cản là 300 N

=> Hợp lực F = 100 N >0 nên trạng thái chuyển động của ô tô là ô tô tăng tốc

b) Lực phát động = Lực cản = 300 N.

=> Hợp lực F = 0 N nên ô tô chuyển động thẳng đều

c) Lực phát động = 200 N, lực cản = 300 N

=> Hợp lực F = -100 N

1. Quan sát, trả lời câu hỏi và thảo luận

Biểu diễn trọng lực tác dụng lên quả táo (G là trọng tâm).

Phương pháp giải:

Trọng lực:

+ Điểm đặt: tại tâm vật

+ Phương: thẳng đứng

+ Chiều: từ trên xuống dưới

Lời giải chi tiết:

2. Vận dụng

Để xác định trọng tâm của một vật phẳng, ta có thể thực hiện như sau: Treo vật ở đầu một sợi dây mềm, mảnh nối với điểm P của vật. Đưa dây dọi tới sát dây treo vật, dùng dây dọi để làm chuẩn, đánh dấu đường thẳng đứng PP’ kéo dài của dây treo trên vật.

Treo vật ở điểm Q và lặp lại quá trình như trên, đánh dấu được đường thẳng đứng QQ’. Giao điểm G của PP’ và QQ’ là trọng tâm của vật phẳng.

Hãy xác định trọng tâm của mỗi vật phẳng trong hình 2.5

Phương pháp giải:

Cách xác định trọng tâm của một số hình:

+ Hình chữ nhật: trọng tâm là giao điểm của hai đường chéo

+ Hình tròn: trọng tâm là giao điểm của hai đường kính

+ Hình tam giác: trọng tâm là giao điểm của hai đường trung tuyến

Lời giải chi tiết:

1. Quan sát, trả lời câu hỏi và thảo luận

Phương pháp giải:

Biểu thức tính trọng lực: P = m.g

Trong đó: m là khối lượng (kg); g là gia tốc trọng trường với g = 10 m/s²

Lời giải chi tiết:

Ví dụ, cân nặng của bạn là 45 kg

Trọng lực tác dụng lên bạn là: P = m. g = 45 . 10 = 450 (N).

2. Quan sát, trả lời câu hỏi và thảo luận

Từ bảng 2.1, xác định gia tốc rơi tự do ở vị trí thực hiện phép đo. Lấy kết quả đến 3 chữ số có nghĩa

Phương pháp giải:

Biểu thức tính gia tốc khi biết trọng lượng và khối lượng: g = P/m

Lời giải chi tiết:

+ 1 quả cân: \({g_1} = \frac{{{P_1}}}{{{m_1}}} = \frac{{0,49}}{{0,05}} = 9,8(m/{s^2})\)

+ 2 quả cân: \({g_2} = \frac{{{P_2}}}{{{m_2}}} = \frac{{0,98}}{{0,10}} = 9,8(m/{s^2})\)

+ 3 quả cân: \({g_3} = \frac{{{P_3}}}{{{m_3}}} = \frac{{1,47}}{{0,15}} = 9,8(m/{s^2})\)

+ 4 quả cân: \({g_4} = \frac{{{P_4}}}{{{m_4}}} = \frac{{1,96}}{{0,20}} = 9,8(m/{s^2})\)

+ 5 quả cân: \({g_5} = \frac{{{P_5}}}{{{m_5}}} = \frac{{2,45}}{{0,25}} = 9,8(m/{s^2})\)

Vậy gia tốc rơi tự do ở vị trí thực hiện phép đo là 9,80 m/s²

Phương pháp giải:

Biểu thức tính trọng lượng: P = m. g với m là khối lượng (kg); g là gia tốc (m/s ² )

Lời giải chi tiết:

Ta có: g = 1,6 m/s²

+ 1 quả cân: P = 0,05.1,6 = 0,08 (N)

+ 2 quả cân: P = 0,10.1,6 = 0,16 (N)

+ 3 quả cân: P = 0,15.1,6 = 0,24 (N)

+ 4 quả cân: P = 0,20. 1,6 = 0,32 (N)

+ 5 quả cân: P = 0,25.1,6 = 0,40 (N).

1. Quan sát, trả lời câu hỏi và thảo luận

Ma sát có lợi hay có hại tùy thuộc vào tình huống và quan điểm. Theo bạn, lực ma sát có lợi hay gây hại trong các trường hợp sau đây:

- Trục bánh xe chuyển động

- Viết bảng

- Ô tô phanh gấp

Nêu biện pháp làm tăng hoặc làm giảm ma sát trong mỗi trường hợp trên.

Phương pháp giải:

Liên hệ thực tiễn

Lời giải chi tiết:

- Trục bánh xe chuyển động: ma sát có hại, vì ma sát làm giảm độ trơn của trục bánh xe, khiến xe chuyển động khó khăn hơn. Để làm giảm ma sát ở trục bánh xe thì ta có thể bôi trơn bằng dầu của xe

- Viết bảng: ma sát có lợi, nếu không có ma sát thì không thể viết được chữ, để làm tăng ma sát ta có thể làm bảng nhám đi thì viết sẽ dễ dàng

- Ô tô phanh gấp: ma sát có lợi, nếu không có ma sát thì ô tô khó có thể dừng được và không tránh được chướng ngại vật dẫn đến tai nạn. Để làm tăng ma sát trong trường hợp này thì ta có thể cho cát trên mặt đường.

2. Luyện tập

Một thùng hàng nặng 54,0 kg đặt trên mặt sàn nằm ngang và phải cần lực đẩy ít nhất bằng 108 N để làm thùng hàng bắt đầu chuyển động.

a) Tính độ lớn lực ép giữa sàn và thùng hàng.

b) Tìm lực ma sát nghỉ cực đại tác dụng lên thùng hàng.

Phương pháp giải:

Vật nằm ngang thì lực ép bằng trọng lượng

Lực ma sát nghỉ khi vật bắt đầu chuyển động gọi là lực ma sát nghỉ cực đại

Lời giải chi tiết:

a) Trọng lượng của thùng hàng là: P = m.g = 54.10 = 540 (N)

=> Lực ép giữa sàn nhà và thùng hàng là 540 N.

b) Lực có độ lớn ít nhất để đẩy vật bắt đầu chuyển động là 108 N

=> Lực ma sát nghỉ cực đại tác dụng lên thùng hàng là 108 N.

1. Tìm hiểu thêm

Tốc độ ổn định của vật rơi phụ thuộc vào trọng lượng, hình dạng và kích thước mặt ngoài của vật. Đối với côn trùng, lực cản của không khí lớn hơn nhiều so với trọng lượng của chúng, do đó tốc độ ổn định của chúng khá thấp. Côn trùng có thể bị cuốn lên trời hàng km do các luồng không khí bốc lên. Sau đó, chúng rơi trở lại Trái Đất mà không bị thương.

Hãy lấy một ví dụ tương tự.

 Phương pháp giải:

Liên hệ thực tiễn

Lời giải chi tiết:

Ví dụ: Đối với chiếc lá rụng từ trên cây xuống, lựcc cản không khí lớn hơn nhiều so với trọng lượng của chiếc lá, do đó tốc độ ổn định của lá rất thấp. Vì vậy, lá có thể bay lơ lửng trên không, sau đó lá rơi trở lại mặt đất.

2. Vận dụng

Chế tạo hệ thống dù để thả một quả trứng từ độ cao 10 m xuống đất mà trứng không vỡ. Các nội dung cần báo cáo sau thử nghiệm:

- Khoảng thời gian chuyển động của hệ thống dù để quả trứng không vỡ khi chạm đất.

- Hình dạng và kích thước của hệ thống dù

Lời giải chi tiết:

- Thời gian chuyển động của hệ thống dù để quả trứng không vỡ khi chạm đất là: 

\(t = \sqrt {\frac{{2h}}{g}}  = \sqrt {\frac{{2.10}}{{10}}}  \approx 1,41(s)\)

- Hình dạng của dù: hình mái vòm

1. Quan sát, trả lời câu hỏi và thảo luận

Phương pháp giải:

+ Lực đẩy Ác-si-mét càng lớn khi độ sâu càng lớn

+ Lực đẩy Ác- si-mét càng lớn thì vật di chuyển càng dễ và ngược lại

Lời giải chi tiết:

+ Người ở vùng nước ngập ngang có độ sâu lớn hơn so với người chìm trong nước nên lực đẩy Ác-si-mét của người ở vùng nước ngập ngang lớn hơn người chìm trong nước. Vì vậy người ở vùng nước ngập ngang bơi sẽ đỡ tốn sức hơn người bơi lội

+ Đối với người bơi ở vùng nước ngập ngang thì có lực cản của nước ít hơn người bơi ngập trong nước

2. Tìm hiểu thêm

Archimedes (287 TCN - 212 TCN) được nhà vua giao nhiệm vụ tìm ra vương miện bằng vàng có bị pha thêm bạc hay không. Giai thoại kể rằng ông đã tìm ra lời giải trong lúc tắm. Khi đó, Archimedes reo lên: "Euréka" (có nghĩa là: tìm ra rồi) và sung sướng chạy ra ngoài. Đây là mẩu chuyện vui về một nhà vật lí nhưng có ý nghĩa sâu sắc. Không phải may mắn ngẫu nhiên mà chính việc luôn luôn suy nghĩ về liên hệ giữa cái cần tìm và cái đã biết đã giúp Archimedes tìm ra lời giải. Say mê nghiên cứu là phẩm chất hàng đầu của nhà khoa học và thành quả cũng chỉ có thể được tạo thành từ sự say mê, miệt mài ấy.

Bạn hãy tìm đọc câu chuyện về Archimedes và lí giải của ông giúp dẫ tới công thức tính độ lớn lực đẩy của chất lỏng lên vật

Phương pháp giải:

Các em tìm hiểu trên Internet

Lời giải chi tiết:

Khi ông đang tắm thì cơ thể của ông được nâng lên, vì vậy ông mới có suy nghĩ rằng đã có một lực đẩy trong chất lỏng đẩy cơ thể của ông lên, vì vậy ông đã tìm ra độ lớn của lực đẩy trong chất lỏng.

3. Quan sát, trả lời câu hỏi và thảo luận

So sánh lực đẩy Archimedes tác dụng lên cùng một vật khi nó ở hai vị trí (1) và vị trí (2) trong hình 2.11. Biết rằng ở (1) thì vật đang chuyển động lên trên, ở (2) thì vật đang nằm cân bằng trên mặt thoáng.

 Phương pháp giải:

Độ lớn lực đẩy Archimedes bằng trọng lượng của phần chất lỏng hoặc chất khí mà vật chiếm chỗ.

Lời giải chi tiết:

Trong hình (1), ta thấy vật ngập trong nước

Trong hình (2), ta thấy một phần của vật ngập trong nước, một phần ở ngoài không khí

=> Trọng lượng của phần chất lỏng trong hình (1) nhỏ hơn trọng lượng phần chất lỏng trong hình (2)

=> \{F_{A1}} < {F_{A2}}\)

Đặt một cái bát bằng kim loại lên mặt nước như thế nào để nó nổi trên bề mặt?

Từ đó, rút ra nguyên tắc để chế tạo tàu, thuyền.

 Phương pháp giải:

Độ lớn lực đẩy Archimedes bằng trọng lượng của phần chất lỏng hoặc chất khí mà vật chiếm chỗ.

Lời giải chi tiết:

Một vật sẽ chìm nếu nó nặng hơn chính xác cùng một thể tích nước mà nó chiếm chỗ

Muốn để một bát kim loại lên mặt nước thì ta sẽ để bát kim loại đó ra khu vực có nhiều nước để làm tăng thể tích nước hơn.

Nguyên tắc chế tạo tàu: Nếu tàu càng lớn thì trọng lượng nước mà tàu chiếm chỗ càng lớn, sức đẩy mà tàu thu được cũng càng lớn, vì vậy nguyên tắc chế tạo tàu, thuyền đó là làm càng lớn thì tàu và thuyền sẽ càng dễ nổi