Sau khi cho HS ôn tập lại kiến thức về chuyển động tròn đều và gia tốc hướng tâm GV đưa ra một số ví dụ quen thuộc trong cuộc sống về chuyển động có quỹ đạo là đường tròn hoặc cung tròn: vật đặt trên bàn quay, tàu lượn và đu quay ở công viên, buộc sợi dây vào một hòn đá rồi quay đều… Tiếp
theo, GV đặt vấn đề: Tại sao vật không bị văng khỏi bàn, tàu lượn không bị trệch khỏi đường ray…?
Để giải quyết vấn đề trên, GV yêu cầu HS giải bài tập 5. Dựa vào định nghĩa của lực, HS đưa ra lời giải:
- Trái Đất tác dụng lực hấp dẫn lên vệ tinh, lực này hướng vào tâm Trái Đất và giữ cho vệ tinh chuyển động tròn đều quanh Trái Đất.
- Các lực tác dụng lên ghế của chiếc đu quay gồm Trọng lực Pur
, lực
đàn hồi và là lực căng dây Tur
. Hợp của hai lực này hướng vào phía trục quay và làm cho ghế chuyển động tròn đều.
- Các lực tác dụng lên vật trên bàn quay gồm: Trọng lực Pur
, lực đàn hồi và là phản lực Qur , lực ma sát nghỉ msn F uuuur . Trọng lực Pur cân bằng với phản lực Qur như vậy lực ma sát nghỉ msn F uuuur
giữ cho vật chuyển động tròn đều.
GV thông báo: Trong các chuyển động tròn đều ở trên lực hấp dẫn, lực ma sát nghỉ hay hợp lực của trọng lực và lực căng dây đều gây ra gia tốc hướng tâm cho vật nên được gọi chung là lực hướng tâm. Sau đó GV đặt câu hỏi để nhấn mạnh kiến thức: Lực hướng tâm có phải là một loại lực mới?
HS dễ dàng trả lời được: Lực hướng tâm không phải là một loại lực mới ngoài các loại lực đã biết như trọng lực, lực đàn hồi, lực ma sát, mà chỉ là một lực hoặc hợp lực của các lực đó.
GV đưa ra khái niệm đầy đủ: Lực (hay hợp lực của các lực) tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm.
Sau khi giải bài tập 5 HS dễ dàng giải thích câu hỏi đặt vấn đề vào bài của GV: Lực hướng tâm đã giữ cho vật chuyển động tròn đều không bị văng ra khỏi bàn, tàu lượn chuyển động trên cung tròn không bị trệch khỏi đường ray.
Để xác định công thức tính lực hướng tâm GV yêu cầu HS làm bài tập 6. Lời giải là:
Theo định luật II Niutơn: ht ht
F =ma (1) (1) Ta lại có: 2 2 ht v a r r ω = = (2) Từ (1) và (2) suy ra: 2 2 ht ht mv F ma m r r ω = = = 2.3.3. Momen lực.
Sau khi giới thiệu thí nghiệm đĩa momen, GV yêu cầu HS giải bài tập 7.GV có thể đặt các câu hỏi định hướng tư duy HS như sau:
- Trường hợp đĩa có trục quay cố định thì lực tác dụng vào đĩa có tác dụng như thế nào đối với đĩa?
- Có thể tác dụng đồng thời vào vật hai lực 1
F uur , 2 F uur mà vật không quay được không? Khi ấy, sự cân bằng của vật được giải thích như thế nào?
Để tìm câu trả lời HS cần làm các thí nghiệm: Treo các quả cân để tạo
lực 1
F
uur
như hình 1 rồi thả nhẹ tay, kết quả là đĩa quay theo chiều kim đồng hồ.
Tương tự, treo các quả nặng để tạo ra lực 2
F
uur
như hình 1 rồi thả tay thì đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ. Như vây lực có tác dụng làm quay.
Tiến hành thí nghiệm tiếp theo, GV treo các quả nặng tạo ra lực 1
F
uur
sau
đó để HS tự điều chỉnh điểm đặt, giá và độ lớn của lực 2
F
uur
cho đến khi đĩa
đứng yên. Đĩa đứng yên được là vì tác dụng làm quay của lực 1
F
uur
cân bằng
với tác dụng làm quay của lực 2
F
uur
.
GV đặt vấn đề tiếp theo: Đại lượng nào đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực?
GV đưa ra câu hỏi định hướng tư duy cho HS: tác dụng làm quay của lực phụ thuộc vào các yếu tố nào?
GV cho HS làm thí nghiệm: Giữ nguyên 1
F , 1 d , 2 d thay đổi 2 F bằng cách treo thêm hoặc bớt đi các quả cân. Khi đó đĩa không đứng yên nữa mà
quay theo chiều kim đồng hồ khi lực 2
F
giảm và quay ngược chiều kim đồng hồ khi lực 2
F
tăng.
HS tiếp tục làm thí nghiệm: Giữ nguyên 1
F , 2 F , 1 d , thay đổi 2 d thì đĩa cũng không đứng yên nữa.
Từ kết quả hai thí nghiệm trên HS đi đến kết luận: Tác dụng làm quay của lực phụ thuộc vào lực và khoảng cách từ trục quay tới giá của lực.
Sau đó, HS làm thí nghiệm giữ cố định 1 F , 1 d thay đổi 2 F , 2 d , sao
cho đĩa đứng yên. Từ kết quả thí nghiệm HS dễ dàng nhận thấy tích 2 2
F d là không đổi và 2 2 1 1 F d =F d . Như vậy tích Fd
là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực
F
ur
.
GV thông báo: Nếu gọi M = Fd
là momen lực, còn d là cánh tay đòn của lực thì momen lực được định nghĩa như sau:
Momen lực đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó.
M = Fd
GV yêu cầu HS tự rút ra đơn vị của momen lực và sau đó thông báo cho các em về quy tắc momen lực.