Khái niệm trọng lực đợc đa vào vật lý ngay từ chơng trình lớp 6 nhng khi hiểu, biểu diễn và vận dụng để giải bài tập học sinh còn gặp một số khó khăn.. Nếu không đợc khắc sâu về vấn đề n[r]
(1)Träng lùc Biểu diễn trọng lực để làm bài tập vật lý PhÇn: §ßn bÈy Đặt vấn đề: Trọng lực là lực quen thuộc tác dụng lên ngời và vật Khái niệm trọng lực đợc đa vào vật lý từ chơng trình lớp nhng hiểu, biểu diễn và vận dụng để giải bài tập học sinh còn gặp số khó khăn Nếu không đợc khắc sâu vấn đề này học sinh dễ bị lệch lạc quan niệm để giải bài tập thuộc chơng trình vật lý là vật lý nâng cao Tôi xin phép đợc trình bày số vấn đề khắc sâu khái niệm trọng lực các bài tập để häc sinh ghi nhí n¾m v÷ng phÇn nµy Träng lùc: Là lực hút trái đất lên vật Bên cạnh khái niệm trọng lực còn có khái niệm trọng lợng: là lực tác dụng vật lên dây treo hay giá đỡ Trọng lực và trọng lợng giống độ lớn phơng chiều nhng khác nhau điểm đặt Trọng lợng vật thay đổi theo vị trí vật trên trái đất Hai vật lợng vật là m, trọng lợng lµ P ta cã c«ng thøc: P1 p = m1 m (1) H×nh trô mÉu quèc tÕ cã khèi lîng 1kg ë Pa ri cã träng lîng 9,81N VËy 9,81 lµ hÖ sè tû lÖ cho mäi vËt ë cïng mét n¬i ký hiÖu lµ: g = 9,81 C«ng thøc (1) cã thÓ viÕt thµnh: P1 P2 P = = =g m1 m2 m Hay P = m.g Khèi lîng m ®o b»ng kil«gam (kg) g là số có đơn vị là N/kg Trọng lợng cân mẫu thay đổi tùy theo vị trí nó trên mặt đất nghĩa là hệ số g thay đổi tùy theo nơi trên mặt đất Hà Nội g = 9,783; TP Hồ Chí Minh g = 9,787 Khi không cần đến độ chính xác cao ta có thể lấy g = 9,8 N/kg g = 10 N/kg Ta cã thÓ hiÓu träng lùc lµ lùc hót vÒ t©m cña tr¸i ®©t Träng lù t¸c dông lªn mét vËt thay đổi theo vị trí nó trên trái đất nên đa vật từ xích đạo đến địa cực trọng lợng nã t¨ng 0,005 trÞ sè Cø ®a mét vËt lªn cao km th× träng lîng cña nã gi¶m 0,00003 trÞ sè => càng xa tâm đất lực hút trái đất lên vật càng giảm Tới vị trí lực hút này b»ng th× x¶y tr¹ngj th¸i mÊt träng lîng V× cã träng lîng nªn chÊt láng g©y ¸p suÊt b×nh (p = h.d) vµ chÊt khÝ, kh«ng khÝ g©y ¸p suÊt khÝ quyÓn Pk = h.dtn = 0,76.136000 =103360N/m3.(thÝ nghiÖmTorixenli) BiÓu diÔn träng lùc: Träng lùc Điểm đặt: trọng tâm vật Hớng: Phơng: thẳng đứng ChiÒu: trªn xuèng §é lín: P = m.g = V.D.g = V.d Với đồng chất, tiết diện trọng lợng đợc biểu diễn trung tâm đó (2) P Khi gÆp bµi to¸n lùc t¸c dông cã ®iÓm tùa hay d©y treo ta cã thÓ biÓu diÔn träng lùc c©n b»ng víi c¸c lùc t¸c dông lµm cho th¨ng b»ng: A O B F P a) P.OI = F.OA A M O N B P1 F F.OA + P1.OM = P2.ON Trong đó: P2 + F lµ lùc t¸c dông vµo ®Çu A + P1 lµ träng lîng ®o¹n OA +P2 lµ träng lîng ®o¹n OB Bµi tËp vÝ dô: VÝ dô 1: Ngời ta muốn cân vật nhng tay không có cân mà có cứng đồng chất có tiết diện trọng lợng là P = 3N và cân có khối lợng 0,3kg Ngời đặt lên điểm tựa O treo vật vào đầu A Khi treo cân vào điểm B thì thÊy hÖ thèng th¨ng h»ng §o kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®iÓm thÊy: OA = 1/4l; OB = 1/2l Xác địnhkhối lợng vật cần cân? Híng dÉn hoc sinh biÓu diÔn lùc, träng lùc vµ gi¶i: A O I B P P1 C¸c lùc t¸c dông lªn AC + Träng lîng P1, P2 cña c¸c vËt treo t¹i A vµ B P2 C (3) + Trọng lợng P đặt trung điểm AC: Thanh c©n b»ng khi: P1.OA = P.OI + P2.OB Suy ra: P1 = OI = l P OI+ P2 OB OA P = 3N; P2 = 10.0,3 = 3N Ta cã: P1 = 1 l+ l =9 N l Khèi lîng vËt cÇn c©n lµ: m1 = P1 = =0,9 (kg) 10 10 Khi vËt (hoÆc mét phÇn cña vËt) nhóng ngËp níc cã hai lùc FA t¸c dông lªn vËt: träng lîng P vµ lùc ®Èy Acsimet Ví dụ 2: Một mảnh đồng chất phân bố khèi lîng co thÓ quay quanh trôc O phÝa trªn PhÇn díi nhóng ngËp níc, c©n P nằm nghiêng nh hình vẽ mọt nửa chiều dài nằm nớc Hãy xác định khối lợng riêng chất làm đó? Híng dÉn häc sinh biÓu diÔn lùc vµ gi¶i: Khi c©n b»ng c¸c lùc t¸c dông lªn gåm: Träng lùc P: BiÓu diÔn ë gi÷a Lùc ®Èy ¸cimet FA biÓu diÔn ë gi÷a phÇn ch×m cña A O d2 d1 M P P và FA đợc biểu diễn nh trên hình vẽ Gäi l lµ chiÒu dµi cña Ph¬ng tr×nh c©n b»ng lùc: l F A d1 2 = = (1) P d2 3 l Gäi Dn lµ khèi lîng riªng cña níc D lµ khèi lîng riªng cña ch©t lµm m lµ khèi lîng riªng cña S lµ tiÕt diÖn cña Lùc ®Èy Acsimet FA = S l Dn.10 (2) Träng lîng cña P = 10m = 10.l.S.D(3) Thay (2)(3) vµo (1) suy ra: S.l.Dn.10 = 2.10.l.S.D FA N (4) khèi lîng riªng cña thanh: D = Dn VËyD = Dn = 10 000 = 4 7500(kg/m3) Từđó học sinh có thể làm bài tập tơng tự: Một đồng chất tiết diện đầu nhúng vào nớc đầu dựa vào thành chậu OA =1/2 OB Khi n»m c©n b»ng mùc níc ë chÝnh gi÷a T×m khèi lîng riªng D cña biÕt khèi lîng riªng cña níc lµ Dn = 10000kg/m3 A Quy t¾c c©n O FA b»ng ta cã: H M P.MH = FA.NK K N Theo định lý Talet ta có: P MH OM = NK ON Tơng tự bài trên ta giải đợc D = 1250 kg/m3 VÝ dô 3: Mét AB co träng lîng P = 100N a Đầu tiên đợc đặt thẳng đứng chịu tác dụng lực F = 200N theo phơng n»m ngang T×m lùc c¨ng d©y AC BiÕt AB = BC(h×nh a) b Sau đó ngời ta đặt nằm ngang gắn vào tờng nhờ lề B Tìm lực căng dây AC lóc nµy (AB = BC) (h×nh b) Híng dÉn gi¶i: F Thanh chÞu t¸c dông cña lùc F A vµ T (Do träng lîng P ®i qua ®iÓm B nên không ảnh hởng đến quay) T Theo quy t¾c c©n b»ng ta cã: F.AB = T.BH H P Víi BH = AB √2 (H lµ t©m h×nh vu«ng mµ tam gi¸c ABC là nửa hình vuông đó) C Từ đó : T = AB F= √2 F=F √ 2=> T =200 √2 (N) BH b Lóc nµy theo quy t¾c c©n b»ng ta cã: C B (h×nh a) P.BO = T.BH => T = BO P = BH P 100 = =50 √2 √ √ (N) H B O P A (5) Khi học sinh đã làm quen với khái niệm trọng lực, biểu diễn trọng lực, điều kiện cân đòn bẩy học sinh có thể dễ dàng giải các bài tập dạng trên Nếu không hiểu rõ vµ biÕt c¸ch biÓu diÔn c¸c lùc t¸c dông nh©t lµ träng lùc c¸c bµi tËp d¹ng trªn lµ bµi tËp khó học sinh mà các em không biết bắt đầu với các bài tập này nh nào Với kinh nghiÖm nhá b»ng mét sè bµi tËp gióp häc sinh kh¾c s©u kh¸i niÖm träng lùc vµ lµm bài tập phần này Rất mong đợc dẫn góp ý các thầy cô giáo cùng đồng nghiệp để thân tôi có đợc kiến thức bổ ích T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n (6) Kinh nghiÖm gi¶ng d¹y Träng lùc Biểu diễn trọng lực để làm bài tập vật lý phần đòn bẩy th¸ng n¨m 2012 (7)