Cơ học 10

Lời Nói đầu Tài liệu hớng dẫn sử dụng này đợc đi cùng với bộ thiết bị Cơ học biểu diễn trên hệ thống bảng từ. Nó nhằm giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn các khái niệm về lực, mô men lực và ứng dụng của chúng trong khảo sát cân bằng của vật rắn, cùng với rất nhiều khái niệm đợc sử dụng trong các máy cơ đơn giản và định luật bảo toàn cơ năng. Ngời Trung Quốc thờng nói: Tôi nghe và tôi quên Tôi nhìn và tôi nhớ Tôi làm và tôi hiểu. Chúng tôi tin tởng rằng sự hiểu biết của các bạn sẽ có tiến bộ đáng kể với sự hỗ trợ đắc lực của bộ thiết bị và cuốn tài liệu đi kèm này trong quá trình học tập và giảng dạy của các bạn. Các bài thí nghiệm đợc xắp xếp theo trình tự bắt đầu là từ khái niệm về lực, tổng hợp lực, phân tích lực và khái niệm về cân bằng lực. Sau đó là tới khái niệm về cân bằng và điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác động của các lực cùng với khái niệm về mô men lực. TTTV&CGCN, 07 - 2004 Công ty thiết bị giáo dục thắng lợi 1 danh mục các thiết bị Tên và Mô tả Hình vẽ Số lợng Bảng thí nghiệm Là một bản phẳng bằng sắt, kích thớc 600 x 600 x2mm gắn trên chân đỡ, sơn màu trắng có chức năng giống nh một chiếc bảng. Bảng từ có thể đợc gắn trên khung panel thực hành ( TPS ) hoặc dùng dây treo lên tờng. 1 Lực kế (cân lò xo) Giới hạn đo 0 .5 N độ chia là 0.5N, có đế gắn nam châm để có thể gắn lên bảng từ. 1 Bộ các quả gia trọng và giá đỡ Các loại : 50g x 8 quả, 20g x 4 quả và 50g có giá đỡ x 3 quả 1 bộ Đòn bẩy thẳng Làm bằng ống nhôm kích thớc: dài 600mm, đờng kính : 8mm. Nó có chức năng giống nh một vật bị tác động bởi các lực hoặc dùng nh một đòn bẩy. Nó có hai móc để móc lực kế hoặc lò xo để tác dụng lực. Với chức năng đòn bẩy có ba lỗ, một ở giữa và hai lỗ đối xứng ở hai bên so với lỗ ở giữa. Điểm này đợc dùng khi làm điểm đặt của lực tác động gần với trục đòn để giảm sai số bằng điểm bù. 1 2 Trụ đỡ Dùng để gắn lên bảng từ làm chức năng của điểm quay hoặc điểm tựa cho đòn bẩy. 1 Vật hình nhẫn Là một vòng tròn nhẹ đợc dùng nh một vật mà ở trên đó các lực tác động vào. Vật này rất nhẹ đề làm giảm ảnh hởng của trọng lực tới lực đang khảo sát. 3 Thớc chia độ dạng đĩa Dùng nh một dụng cụ đo góc và làm điểm chuẩn cho vật hình nhẫn. 1 Ròng rọc Gồm : 2 Ròng rọc nhỏ, 1 ròng rọc to 1 Khối ròng rọc Gồm hai trục đợc gắn trên một đờng thẳng 1 Mặt phẳng nghiêng Là một bảng phẳng bằng nhôm trên có bảng chia độ và một dây treo gắn quả rọi. gắn hai cục nam châm ở phía sau 1 3 Khối ma sát Với bốn bề mặt phủ các vật liệu khác nhau 1 Bánh xe quay Một thiết bị dùng cho việc khảo sát cân bằng mô men. Gồm một bản phẳng hình tròn có ba đờng tác động và một thang chia tròn. Phía sau có gắn nam châm. 1 Khối gia trọng hình trụ Là một khối hình nặng hình trụ có móc và thanh đỡ ở hai bên 1 Thớc thẳng Làm bằng thép không gỉ, chiều dài 50 cm 1 Lò xo xoắn Một đầu hình tròn và một đầu có móc 1 Cuộn dây nylon Đợc dùng trong hầu hết các thí nghiệm 1 4 Danh mục thiết bị STT Tên thiết bị SL 1 Bảng từ thí nghiệm 1 2 Lực kế 1 3 Bộ gia trọng có rãnh và móc treo 1 4 Đòn bẩy 1 5 Trục đòn bẩy 1 6 Vòng 3 7 Thước chia hình tròn 1 8 Ròng rọc lớn 1 9 Ròng rọc nhỏ 2 10 Khối ròng rọc 1 11 Mặt phẳng nghiêng có quả rọi 1 12 Khối ma sát có 4 mặt khác nhau 1 13 Đĩa mô men 1 14 Khối quay 1 15 Thước dài 50cm 1 16 Lò xo 17 Cuộn dây treo bằng nilon 1 5 thí nghiệm 01 định luật hook và phép đo lực A. Mục đích thí nghiệm Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này bạn có thể: 1. Xác định mốt quan hệ lực tác dụng lên một lò xo xoắn độ xoắn và độ biến dạng của nó. 2. Xác định đợc độ cứng của lò xo. 3. Chia độ cho lo xo theo đơn vị Newton B. Cơ sở lý thuyết Nếu một vật bị tác dụng bởi hai lực có cùng độ lớn và ngợc chiều, thì vật đó sẽ bị kéo giãn ra. Tơng tự nh vậy vật sẽ bị kéo giãn nếu một đầu của vật đợc giữ chặt, đầu còn lại bị tác động bởi một lực kéo. Đối với lò xo bị một lực tác động thì độ giãn của lò xo phụ thuộc vào độ lớn của lực tác dụng. Lực tác dụng càng lớn thì lò xo bị kéo giãn càng nhiều. Cho một lực tác dụng lên vật, độ biến dạng sinh ra bởi lực phụ thuộc vào bản chất của vật. Trong thí nghiệm này chúng ta sẽ nghiên cứu mối quan hệ về những vật rắn đơn giãn nh là lò xo và dây cao su (chúng ta xem dây cao su cũng là một vật rắn). Nếu một vật rắn bị kéo giãn và vẫn trong giới hạn đàn hồi, vật sẽ trở về trạng thái ban đầu khi thôi không còn lực tác dụng. Trong thí nghiệm này chúng ta sẽ chỉ nghiên cứu độ giãn của lò xo trong giới hạn đàn hồi và nghiên cứu về mối quan hệ gữa lực tác dụng F và độ dịch chuyển x. Theo định luật Hooke, trong phạm vi giới hạn đàn hồi, độ dịch chuyển sẽ tỷ lệ với lực tác dụng: F = k. x Nếu lực tác dụng đợc vẽ theo độ dịch chuyển sinh ra, thì đồ thị sẽ là một đờng thẳng đi qua gốc tọa độ nh hình 1.1. Hệ số tỷ lệ k giữa lực và độ giãn đợc gọi là hằng số lực (độ cứng của lò xo). Trong đồ thị F-x độ cứng đợc tính bằng độ dốc của đồ thị, ví dụ PO PQ = )tan( . Nếu đơn vị của lực là Newton và độ dịch chuyển sinh ra dới tác dụng của lực là m thì đơn vị của độ cứng lò xo là là N/m. 6 P x 0 F Đồ thị của lực phụ thuộc vào độ dịch chuyển Q C. Danh mục thiết bị Bảng thí nghiệm Bộ các quả gia trọng và giá đỡ Lò xo xoắn Thớc 50cm Cuộn dây cao su Giấy vẽ đồ thị (tự chuẩn bị) D. Lắp đặt thiết bị Lò xo xoắn Treo lò xo xoắn và gia trọng thẳng đứng vào bảng thí nghiệm nh hình 1.2. Sử dụng băng dính, dán một cây thớc thẳng đứng phía sau lò xo. Thớc đợc sử dụng để đánh dấu vị trí của điểm di chuyển của lò xo, độ giãn ra của lò xo sẽ đợc đo. Cách khác, bạn có thể dán những mẫu giấy lên những vị trí đánh dấu điển cố định của lò xo bằng cách này bạn có thể đo độ giãn của lò xo. E. Tiến hành thí nghiệm Lò xo xoắn 1. Từ những điểm di chuyển của lò xo bạn sẽ đo đợc độ giãn của nó. Ví dụ bạn có thể lấy mốc là điểm thấp nhất trên lò xo hoặc thấp hơn là điểm cuối của gia trọng treo vào lò xo, hoặc một điểm bất kỳ nào bạn chọn trên lò xo. 2. Đọc độ dịch chuyển của những điểm mà bạn đã chọn. Bạn sẽ đo đợc độ giãn của lò xo từ những điểm đó. Ghi những vị trí này vào bảng 1.1 phía dới. Những vị trí này đợc ký hiệu là x 0 . 3. Gắn thêm quả gia trọng 50 g và đọc vị trí mới của khối dịch chuyển. Vị trí này sẽ đợc ký hiệu la x. Ghi vào cột thích hợp ở trong bảng. 4. Lập lại bớc 3 khoảng 5 đến 6 lần, mỗi lần lập lại ta tăng trọng lợng của gia trọng lên 50g. 5. Sử dụng công thức F= mg (W= mg) để tính lực của trọng lợng mỗi vật nặng. lấy g = 9,8m/s 2 , và điền vào những ô thích hợp còn lại trong bảng. 7 Hình 1.2 6. Sử dụng những dữ liệu thu đợc để tính độ dịch chuyển x của lò xo Bảng 1.1 x 0 = m Lần Gia trọng (kg) Lực F (N) x(m) Độ dịch chuyển x= (x-x 0 ) (m) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 7. Sử dụng giấy vẽ đồ thị , biểu diễn lực F theo x sử dụng những dữ liệu đợc ghi trong bảng 1.1. 8. Quan sát đồ thị F-x, và cố gắng giải thích ý nghĩa của chúng. a. Bạn có thể nói gì về mối quan hệ của F và x? Đồ thị là một đờng thẳng? Hoặc chỉ một phần của nó là đờng thẳng? . . b. Nếu đồ thị không phải là một đờng thẳng, phần nào của đồ thị không phải là đờng thẳng? Bạn có thể nói gì về mối quan hệ giữa F và x trong đoạn này? Và bạn có thể nói gì về đoạn thẳng còn lại. . . Dây cao su 1. Các bớc thực hiện nh phần trên để nghiên cứu mối quan hệ giữa lực tác dụng lên dây cao su và độ giãn của nó. 2. Sử dụng bảng 1.2 để ghi kết quả. Bảng 1.2 8 x 0 = m Lần Gia trọng (kg) Lực F (N) x(m) Độ dịch chuyển x= (x-x 0 ) (m) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. F. Xử lý số liệu Lò xo xoắn 1. Từ đồ thị F-x, tính toán hằng số lực của lò xo đang đợc khảo sát. (Nếu đồ thị không phải là đờng thẳng thì chỉ sử dụng những phần là đợng thẳng để tính toán hằng số lực) Hằng số lực là Dây cao su 2. Từ đồ thị F- x, tính toán hằng số lực của dây cao su đang đợc nghiên cứu. (Nếu đồ thị không phải là đờng thẳng thì chỉ sử dụng những phần là đợng thẳng để tính toán hằng số lực) Hằng số lực là 9 G. Câu hỏi Lò xo xoắn 1. Từ đồ thị, suy ra độ giãn của lò xo sẽ nh thế nào nếu lực tác dụng là 5 N? Nếu lực tác dụng sẽ là 10 N? Đánh dấu những đồ giãn này trên đồ thị thu đợc. 2. Làm thế nào để đo lực tác dụng lên lò xo? Dây cao su 1. Từ đồ thị, suy ra độ giàn của dây cao su sẽ thế nào nếu lực tác dụng là 5 N? Nếu lực tác dụng sẽ là 10 N? Đánh dấu những đồ giãn này trên đồ thị thu đợc. 2. Làm thế nào để đo lực tác dụng lên lò xo? 3. Bạn có thể sử dụng dây cao su để làm lực kế đợc không? ( Lực kế là một dụng cụ để đo lực) H. Kết luận 1. Căn cứ vào dữ liệu thu đợc ở trên, bạn có thể kết luận đợc gì về mối quan hệ giữa lực tác dụng lên lò xo và độ giãn của nó 2. Căn cứ vào dữ liệu thu đợc ở trên, bạn có thể kết luận đợc gì về mối quan hệ giữa lực tác dụng lên lò xo và độ giãn của nó 10 [...]... các máy cơ đơn giản: mặt phẳng nghiêng A Mục đích thí nghiệm Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này học sinh cần nắm đợc: 1 ớc tính đợc lực cần để kéo một vật dọc theo một mặt phẳng nghiêng với một góc nghiêng biết trớc 2 Xác định về mặt lý thuyết và các ứng dụng thực tế trong cơ học của mặt phẳng nghiêng B Cơ sở lý thuyết Mặt phẳng nghiêng và đòn bẩylà hai loại chính của máy cơ đơn giản Một máy cơ đơn... +F2 x y 2 3 So sánh Fx2 + Fy2 Fs và x100% Fx2 + Fy2 bằng việc tính phần trăm sai lệch , ghi kết quả vào bảng trên với F, chúng khác nhau rất nhiều (trên 10% ), hay rất ít (dới 10% )? G Câu hỏi Dựa trên những tính toán ở trên, bạn có cho rằng giá trị của Fx2 + Fy2 khác nhau rất nhiều so với giá trị của Fs, ví dụ nh lớn hơn 10% , bằng hoặc nhỏ hơn 10% ? giải thích câu trả lời của bạn? 16 ... quả thu đợc ghi vào bảng 5.1 4 So sánh giá trị của 1 và 2 bằng việc tính toán phần trăm sai số giữa giá trị đo và giá trị tính toán, ví dụ: 1 2 x100% và ghi kết quả vào bảng trên 1 / 2( 1 + 2 ) G Câu hỏi 1 Nếu chúng ta cho phép sai số trong thí nghiệm là 10% , Bạn có thể nói ở điều kiện cân bằng tổng đại số của các mô men quay (2 mô men quay) luôn luôn bằng không ? ... 27 thí nghiệm 07 TRọng tâm và khối tâm A Mục đích thí nghiệm Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này học sinh cần nắm đợc: 1 Có thể xác định đợc vị trí trọng tâm của các vật có dạng phẳng 2 Hiểu đợc rằng đối với các vật riêng lẻ, vị trí khối tâm đồng nhất với vị trí của trọng tâm B Cơ sở lý thuyết Trọng lực của một vật là lực hút của trái đất đối với vật Một vật đợc tạo nên từ rất nhiều vật... khối lợng của vật tập trung 31 thí nghiệm 08 CÂn bằng của vật rắn A Mục đích thí nghiệm Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này học sinh cần nắm đợc: 1 Các điều kiện cân bằng của vật rắn 2 Xác định đợc vật đó có ở trạng thái cân bằng hay không, chỉ ra các lực tác động lên vật B Cơ sở lý thuyết Nh chúng ta đã biết một vật có thể bị tác động bởi hai hay nhiều lực Trong bài thí nghiệm này để một vật ở trạng... lực không song song (phần I) A Mục đích thí nghiệm Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này học sinh cần nắm đợc: 1 Tính đợc mô men của lực thông qua lực và một điểm quay cho trớc 2 Kiểm định lại biểu thức i = 0 ứng dụng trong việc xác định điều kiện quay cân bằng của vật rắn chịu tác động các lực không song song B Cơ sở lý thuyết Đường tác dụng của lực F Trong thí nghiệm trớc chúng ta đã thấy rằng điều... F3 4 lực thành phần 14 Thí nghiệm 03 Phân tích một lực A Mục đích thí nghiệm Sau khi hoàn thành xong bài thí nghiệm này bạn có thể phân tích đợc một lực thành hai thành phần dọc theo hai trục bất kỳ B Cơ sở lý thuyết Trong thí nghiệm trớc chúng ta đã cộng hai lực đồng quy thành một lực có tác động tơng đơng nh hai lực đó tác động vào vật ở bài thí nghiệm này chúng ta sẽ làm ngợc lại ví dụ nh là sẽ tìm... (hay còn gọi là mô men lực) quanh một điểm P bằng tích của lực F với khoảng cách d từ P Hình 5.1 Mô men quay của lực F với điểm quay P P tới đờng tác dụng l của lực (hình 5.1) hoặc theo biểu thức toán học sau: = F.d (5.1) Nếu chúng ta vẽ một đoạn thẳng tuỳ ý r từ P tới đờng tác dụng của lực F ( hình 5.1 ), r tạo với đờng tác dụng của lực F một góc Mà ta có d = r sin do vậy phơng trình 5.1 có thể viết... bớc từ 1 đến 4 với ít nhất 4 giá trị khác nhau của (nhng có cùng giá trị F2), sau đó tính toán các kết qủa 22 Bảng 5.1 M2 = .kg; F2 = .N ; = Nm ( o) F1 ( N ) 1 = (F1.d1)sin 1 2 x100% 1 / 2( 1 + 2 ) F Xử lý số liệu 1 Tính F2 dùng giá trị của M2 và công thức thờng dùng F2 = M2.g, lấy g = 9.8 m/s2 Ghi lại các kết quả 2 Tính mô men quay 1 của lực F1 đối với điểm điểm quay, sử dụng... 02 Cân bằng và tổng hợp các lực A Mục đích thí nghiệm Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này bạn có thể: 1 Xác định đợc hợp lực của hai hay nhiều lực 2 Sử dụng một cách chính xác giới hạn cân bằng lực B Cơ sở lý thuyết Một lực có thể đợc định nghĩa là lực kéo hoặc lực đẩy Kéo hay đẩy đều gây ra một lực có độ lớn nh nhau Những đại lợng mà nó có độ lớn và chiều đợc gọi là đại lợng vectơ Đồ thị vectơ đợc . Lời Nói đầu Tài liệu hớng dẫn sử dụng này đợc đi cùng với bộ thiết bị Cơ học biểu diễn trên hệ thống bảng từ. Nó nhằm giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn. rắn, cùng với rất nhiều khái niệm đợc sử dụng trong các máy cơ đơn giản và định luật bảo toàn cơ năng. Ngời Trung Quốc thờng nói: Tôi nghe và tôi quên Tôi