Trêng THCS ThiÕt KÕ Båi dìng häc sinh giái VËt lý CƠ CHẤT LỎNG- CÔNG, CÔNG SUẤT-MÁY CƠ ĐƠN GIẢN A- Lí thuyết I- Đại lượng vật lí Khối lượng: m (kg) Lực: - Điểm đặt - Phương chiều - Độ lớn Trọng lực, trọng lượng P=m.g (g: hệ số trọng lượng khối lượng) Khối lượng riêng D= m V (kg/m3) Trọng lượng riêng P mg = = Dg V V (N/m3) * Chất rắn: p = F (N / m2 ) s d= Áp suất * Chất lỏng: p = hd * Chất khí: p = hd (chú ý: F mặt phẳng nghiêng) (h: chiều cao cột chất lỏng d: trọng lượng riêng chất lỏng) (h: chiều cao cột chất lỏng ống Torixenli d: trọng lượng riêng chất khí II- Định luật vật lí 1, Định luật Pascan: Áp suất tác dụng lên chất lỏng (khí) đựng bình kín chất lỏng (khí) truyền ngun vẹn(định lượng) theo hướng(định tính) Định luật Ac-si-met: F = dV V: Thể tích chất lỏng (khí) bị vật chiếm chỗ d: trọng lượng riêng chất lỏng (khí) * Sự vật: Khi P>F => d1 > d => Vật chìm Khi P=F => d1 > d => Lơ lửng Khi P d1 < d => Vật d: trọng lượng riêng chất lỏng (khí) d1: trọng lượng riêng vật * Ứng dụng: Máy dựng cht lng: F S = f s Giáo viên Phạm Bá Trờng THCS Thiết Kế Bồi dỡng häc sinh giái VËt lý Bình thơng nhau: h1 d = h2 d1 Chú ý: Trường hợp đựng chất lỏng khác III- Công, công suất: - Công: ĐK có cơng học: dụng - Có lực tác - Vật chuyển dời tác dụng lực - Công thức: A = F.S ( Tổng quát: A = F.S.cos α ) + F S có thể: chiều ( phát động), ngược chiều ( cản ), vuông góc - Cơng suất: P = A F.S ,P= = F.v ( chuyển động ) t t IV- Máy đơn giản Ròng rọc cố định a, H = (Fms= 0) F=P b, H0) F=P+Fms A P.h H= A = F s 2 Ròng rọc động a, Fms=0 H=1 => F= Pv + Prr b, Fms>0 H F= Pv + Prr +Fms Palăng Đòn bẩy Fms=0 Cánh tay đòn: Khoảng cách từ điểm tựa đến phương lực F1.l1=F2.l2 Giáo viên Phạm Bá Trờng THCS Thiết Kế Båi dìng häc sinh giái VËt lý Mặt phẳng nghiêng a, H=1 (Fms=0) A P.h H= A = F s = => P.h=F.l => P l = h h b, H (3) (4) D= Dn =750 (kg/m3) Giáo viên Phạm Bá Trờng THCS Thiết KÕ Båi dìng häc sinh giái VËt lý Bài 4: Một đồng chất tiết diện đặt thành bình bình đựng nước, đầu có buộc cầu đồng chất có bán kính R (Quả cầu ngập hoàn toàn nước) hệ thống cân (H.vẽ) Biết trọng lượng riêng cầu l1 a nước d d0, tỉ số l = b Tính trọng lượng riêng đồng chất Có thể xảy l1 ≥ l2 khơng ? Giải thích ? Giải Phân tích lực: F= Pc-Fa Ta có phương trình: l1 l2 (Pc-Fa)l1+P1 =P2 l1(2Pc-2Fa+P1)=P2l2 => l1 P2 = l 2 Pc − Fa + P1 Theo ta có: l1 a P1 = = l b P2 Ta có: a = b P.b a+b P − Fa + P.a a+b ⇒P= a( Pc − Fa ) 2a ( Pc − Fa ) = b−a b−a Với Pc-Fa=2πR3(d-d0) => P= 4πR a (d − d ) b−a Theo đề d > d0 P > => b-a > nên xảy l1 > l2 Bài 5: Một xà khối lượng 10 kg, đồng chất, tiết diện chiều dài l đặt h.vẽ (BC= l) Ở đầu C người ta buộc vật nặng hình trụ có bán kính tiết diện đáy 10 cm.chiều cao 32 cm, trọng lượng riêng cht lm hỡnh tr Giáo viên l l Phạm B¸ Trêng THCS ThiÕt KÕ Båi dìng häc sinh giái VËt lý d = 125000 N/m3 Lực ép xà lên giá đỡ A triệt tiêu Tính trọng lượng riêng chất lỏng Giải Vì lực ép lên A triệt tiêu nên ta có giản đồ lực hình bên: 1 P l = P l + F l 7 14 => 36P=P+14F => d-dx = => Với F=V(d-dx) 35 P 14V 35 P dx=d14V Với P=100N, V=0,01m3 dx ≈ 100000N/m3 Bài 6: Hai vật có khối lượng riêng thể tích khác treo đòn AB có khối lượng khơng đáng kể với tỉ lệ cánh tay đòn OA/OB = 1/2 Sau nhúng vật chìm hồn tồn vào chất lỏng khối lượng riêng D , để giữ cho đòn cân người ta phải đổi chỗ vật cho Tính Khối lượng riêng D D chất làm vật với D biết D = 2,5D Giải P1 d1 V1 D1 V1 OB - Lúc đầu: P = d V = D V = = (1) OA 2 2 D = 2,5D (2) V Từ (1) (2) ⇒ V = ( P1 − Fa1 ) OA - Lúc sau: ( P − F ) = = 0,5 OB a2 ⇒ 2( 2P - 5d V ) = P - d V ⇒ d = 3d ; d = 1,2 d Hay D = 3D D = 1,2D Bài 7: Cho hệ thống hình vẽ m = 4kg Bỏ qua tất lực ma sát Tính độ lớn lực F tác dụng vào trung điểm I OB theo phương ngang để giữ cho hệ thống cân Cho α = 300 Gii Giáo viên C m F I O A B Phạm Bá Trờng THCS Thiết Kế Bồi dìng häc sinh giái VËt lý P l Xét mặt phẳng nghiêng: F = h = sin α = ⇒ F1 = P 10m = = 20(N) 2 Thanh OB đòn bẩy có điểm tựa O cân bằng: F1 OC = F OC F ⇒ F1 = ⇒ F = 2F1 = 40(N) 2 Bài 8: Ngời ta dùng mặt phẳng nghiêng dài 5m để đa vật có khối lợng 180kg lên sàn ô tô cao 1,5m Lực ma sát mặt phẳng nghiêng vật 5% trọng lợng vật Hãy tính: a/ Lực đẩy cần thiết để đa vật lên b/ Công có ích công lực đẩy c/ Hiệu suất mặt phẳng nghiêng m = 180kg ⇒ P = 1800N l = 5m, h = 1,5m 540(N) Fms = 0,05P = 90N TÝnh: a F®= ? b A1=?, A=? c H =? Giải a/ NÕu lực ma sát F0/P = h/l F0 = h/l.P = 1,5.1800/5 = Vì có ma sát nên thực tế lực đẩy F = Fo + Fms = 540 + 90 = 630(N) b/ - C«ng cã Ých : A1= P.h = 1800.1,5 = 2700(J) - C«ng toàn phần : A = F.l = 630.5 = 3150(J) c/ Hiệu suất mặt phẳng nghiêng: H = A1/A = 2700/3150 = 0,857 Hay = 85,7% Bài 9: Hệ thống hình vẽ cân Tính tỷ số m α = 300 M Bỏ qua ma sát, khối lượng RR dây Giải Cách 1: Lực giữ cho M cân h P1 α F = P1 l = P1sin = F1 (P1 trọng lượng vật M ) Lực kéo dây vắt qua RR 1 F M F P F1 = = F2 Lực kéo dây buộc RR cng F1 Giáo viên F1 m Phạm Bá Trờng THCS Thiết Kế Bồi dỡng häc sinh giái VËt lý Lực kéo đầu dây vắt qua RR động 2: F2 = F1 P = Trọng lượng vật m gây lực kéo F2: P2 = F = P2 P1 hay P = 8 Suy m = M Cách 2: Nếu kéo M đoạn l theo mặt phẳng nghiêng vật nâng lên độ cao h Đầu dây buộc vào trục RR phải xuống đoạn 2l Muốn đầu dây nối với m phải xuống đoạn H = 4l , tức m phải xuống đoạn 4l Công thực để nâng M: A1 = P1 h Công P2 sinh ra: A2 = P2.4l Theo ĐL bảo tồn cơng: A1 = A2 P h P1.h = P2.4l hay P = 4l α = 300 ⇒ h = P l m ⇒ = ⇒ = P1 M Bài tập thực nghiệm: Bài 1: Xác định D vật có hình dạng Cho lực kế, bình nước, đá D= m Pkk = V gV (1) a, Dùng lực kế xác định: Pkk, Pn Fa=Pkk - Pn Fa=DngV => Fa V= D g n Dn = Dnước Pkk Dn Hay V= D g n Thay (2) vào (1) (2) Pkk Dn D= P − P kk n Bài 2: Xác định D chất lỏng Phương án 1: Cho ống đo, chất lỏng cần khảo sát, bình nước, vật nhỏ nước chất lỏng ĐK vật nổi: P ≤ Fa a Rót nước vào ống đo thả vật nước: P = Fa => mg = DngV1 => m = DnV1 Giáo viên Phạm Bá Trờng THCS ThiÕt KÕ Båi dìng häc sinh giái VËt lý b Rót chất lỏng vào ống đo thả vật chất lỏng: m = DclV2 => DnV1=DclV2 V1 Dcl=Dn V2 => V1, V2 xác định qua ống đo Phương án 2: Lực kế , bình nước, chất lỏng cần khảo sát, vật chìm chất lỏng nước a Nhúng chìm vật nước chất lỏng F1 = DngV F2 = DclgV (1) b Dùng lực kế xác định F1, F2 cách đo P k chất lỏng F1= P - P1 F2= P - P2 (2) Từ (1) (2) ta có: F P−P 2 Dcl = F Dn = P − P Dn 1 Bài 3: Xác định tỉ số khối lượng riêng chất lỏng cho trước: Cho bình chứa chất lỏng, đòn bẩy, nặng có khối lượng m nhau, thước đo Nếu nhúng nặng vào chất lỏng: F1 = D1gV F2 = D2gV D1 F1 = D2 F2 => (1) a Lập cân nặng đòn bẩy Chúng cân m b Nhúng đầu vào chất lỏng Lập cân bằng: (P-F1)l = Pl1 (2) c Nhúng đầu vào chất lỏng Lập cân bằng: (P-F2)l=Pl2 (3) Từ (2) (3) F1 l − l1 => F = l − l 2 Kết hợp (4) (1) Giáo viên (4) Phạm Bá Trờng THCS ThiÕt KÕ Båi dìng häc sinh giái VËt lý D1 l − l1 = D2 l − l l, l1, l2 xác định thước đo Gi¸o viên Phạm Bá ... tích thanh) Fa=10.Dn.V/2 Thay (2), (3), (4) vào (1) => (3) (4) D= Dn =750 (kg/m3) Giáo viên Phạm Bá Trờng THCS Thiết Kế Bồi dỡng học sinh giái VËt lý Bài 4: Một đồng chất tiết diện đặt thành bình... bình nước, vật nhỏ nước chất lỏng ĐK vật nổi: P ≤ Fa a Rót nước vào ống đo thả vật nước: P = Fa => mg = DngV1 => m = DnV1 Giáo viên Phạm Bá Trờng THCS Thiết Kế Bồi dỡng häc sinh giái VËt lý b Rót... − l1 => F = l − l 2 Kt hp (4) v (1) Giáo viên (4) Phạm Bá Trờng THCS Thiết Kế Bồi dỡng häc sinh giái VËt lý D1 l − l1 = D2 l − l l, l1, l2 xỏc nh bng thc o Giáo viên Phạm Bá