của vật rắn
2.3.3.1 Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và của ba lực không song song lực không song song
Bài 1:
Cho một chiếc gậy dài, hãy tìm trọng tâm gậy mà không dùng thêm bất kì một dụng cụ nào khác?
Bước 1: Tìm hiểu đầu bài, nắm vững giả thiết của bài tập
Xác định trọng tâm là điểm đặt của trọng lực tác dụng lên thước, bài toán yêu cầu chỉ dùng tay và thước,
Bước 2: Phân tích hiện tượng
Có nhiều cách xác định nếu điềm được xem là trọng tâm thì đặt thước lên tay ngay điểm đó thì thước sẽ cân bằng, nếu đặt tại vị trí bất kỳ thì thước sẽ bị nghiêng về phía trọng tâm.
Bước 3 Xây dựng lập luận và suy luận kết quả
Tâm là điểm đặt của trọng lực tác dụng lên thước. Trọng tâm của thước đặt nằm trên thước, từ dó đề xuất các cách sau:
Cách 1: Đặt cái gậy thăng bằng trên cạnh của bàn tay. Vì sự cân bằng xảy ra khi trọng tâm vật ở ngay trên điểm tựa của nó.
Cách 2: Ta đặt chiếc gậy nằm ngang trên 2 cạnh bàn tay đặt thẳng đứng, rồi từ từ cho hai tay tiến lại gần nhau, hai bàn tay bao giờ cũng chạm nhau đúng ở trọng tâm của gậy và chiếc gậy sẽ không rơi bất kể vận tốc hai tay tiến lại gần nhau bằng bao nhiêu.
Bài 2:
Giải thích tại sao trọng tâm của một số vật rắn ( vi dụ:vành kim loại) lại không nằm trong phần vật chất của vật đó?
Trọng tâm của vật rắn là điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật. Mặt khác điểm đặt của trọng lực chính là điểm đặt của hợp lực của tất của các thành phần trọng lực tác dụng lên tất cả các thành phần vật chất nhỏ của vật. như vậy có thể hiểu là đối với trường hợp vành tròn có trọng tâm G ngoài vật chất của vành thì tác dụng của trọng lực P đặt tại G thật chất là tương đương với tác dụng của các thành phần trọng lực lên tất cả các thành phần vật chất nhỏ của vật.
Một vật nằm trên mặt phẳng ngiêng, tìm hợp lực tác dụng lên vật ở trạng thái cân bằng?
Vật trên mặp phẳng ngiêng chịu tác dụng của nhiều lực. vật không chuyển động dùng phép phân tích lực để tính. Vật chịu tác dụng bời: trọng lực
P
ur
, phản lực Nuurvà lực ma sátFurms . Khi vật cân bằng :P N Fur uur ur+ + ms =0 trong đó
N
uur
và urFms cân bằng với Pur.
Bài 4:
Trong xây dựng người ta dùng dây dội để làm gì? Tại sao làm vậy? Người ta dùng dậy dọi để xác định phương thẳng đúng, giúp cho việc xây dựng được chính xác. Làm như vậy vì khi treo treo cho quả dọi đứng yên, lực căng của dậy và trọng lực của quả dọi cân bằng, hướng của dây treo chính là phương thẳng đứng.
Bài 5:
Một quả cầu đồng chất được đặt trên mặt đỡ có dạng như hình vẽ, hãy xác định các lực tác dụng lên quả cầu? bỏ qua ma sát.
Quả cầu chịu tác dụng cuae 3 lực: trọng lực và phản lực từ hai phía.
2.3.3.2 Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực.
Bài 1:
Tại sao dùng cuốc chim ta có thể bẩy được tảng đá lớn một cách dễ dàng hơn?
Bước 1: Tìm hiểu đầu bài, nắm vững giả thiết của bài tập
2
F
ur
1
d Fur1d2
Khi dùng cuốc chim ta có thể áp dụng quy tắc momen lực cho cuốc chim, là vật có trục quay tạm thời.
Bước 2: Phân tích hiện tượng
Phân tích như hình vẽ:
Trục quay tạm thời nằm ngang đi qua điểm tiếp xúc O giữa cuốc và mặt đất. 1 F 2 F 1 d 2 d
Bước 3 Xây dựng lập luận và suy luận kết quả
Quy tắc momen cho chiếc cuốc.
1 1 2 2
F d =F d
Như vậy khi sử dụng chiếc cuốc chim, nếu cán cuốc dài tức là d2 lớn thì ta chỉ cần dùng một lực nhỏ F2 rất nhỏ để bẩy được trọng lượng F1 lớn hơn. Vì vậy ta có thể bẩy được những hòn đá nặng một cách dễ dàng.
Bước 4: Biên luận
Cách tay đòn càng lớn thì ta dùng lực càng nhỏ nhưng không có lợi gì về công.
Bài 2
Khi gập khuỷu tay ta có thể nâng được một vật nặng hơn so với trường hợp duỗi thẳng tay theo phương ngang. Tại sao?
Khi gập khuỷu tay, “cánh tay đòn” được thu ngắn lại nên có thể giữ được với lực lớn hơn.
Bài 3:
Một chiếc cân đòn có đòn cân làm bằng kim loại đang nằm ở trạng thái cân bằng. Nếu nung nóng một bên đòn cân, trạng thái cân bằng đó có bị phá vỡ không?
Có. Trạng thái cân bằng bị phá vỡ vì cánh tay đòn bị nở ra và dài hơn khi nung nóng.
Bài 4:
Lí giải tại sao người làm vườn khi vung cuốc, người thợ rèn khi vung búa, người bổ củi khi vung rìu... đều thực hiện gập tay ở khớp khuỷu, còn khi giáng cuốc, đập búa, giáng rìu... thì lại vươn tay ra (duỗi tay ở khớp khuỷu)?
Trong tư thế gập tay ở khớp khuỷu, khoảng cách giữa khớp vai (tâm quay) và trọng tâm của hệ thống tay và công cụ, tức bán kính quán tính giảm đi, nhờ đó mà mô men quán tính của hệ thống giảm, làm cho cử động được phát động dễ dàng. Ngược lại, vươn hai tay ra, làm cho hệ thống tay và công cụ càng dài càng tốt, nhờ đó vận tốc dài của chuyển động quay tăng lên và động năng sinh ra sẽ lớn, làm cho lao động có hiệu quả hơn.
Bài 5:
Tại sao khi mở cổng loại có bản lề thì ta hay kéo những điểm cách xa bản lề ?Giải thích.
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.. càng xa bản lề cánh tay đòn càng lớn nên tác dụng làm quay của bản lề khá đáng kể.
2.3.3.3 Quy tắc hợp lưc song song cùng chiều. Quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều: song song cùng chiều:
Bài 1:
Khi gánh hai vật có khối lượng khác nhau thì ta phải đặt gánh lên vai như thế nào?
Bước 1: Tìm hiểu đầu bài, nắm vững giả thiết của bài tập
Hai vật có khối lượng khác nhau ở hai đầu gánh, xác định điều kiện để gánh được cân bằng trên vai khi gánh.
Bước 2: Phân tích hiện tượng
Khối lượng hai vật khác nhau sẽ sinh ra các lực tác dụng lên hai đầu gánh, có độ lớn khác nhau. Khi đó vai tác dụng lên gánh một lực ngược chiều với hai lực đó. Vai của người phải đặt vào vị trí thích hợp.
Bước 3: Xây dựng lập luận và suy luận kết quả
Hợp lực tác dụng lên vật bao gồm ba lực lực do hai vật và vai của người gánh tác dụng lên. Ba lực này cùng song song với nhau, để dễ dàng hơn ta nên đặt vai lùi về phía đầu đòn có vật nặng, lúc đó phản lực của vai lên đòn gánh cân bằng với hợp lực của trọng lực của hai vật giúp ta đi dễ dàng hơn.
Bước 4: Biên luận
Hợp lực của hai lực của song song có độ lớn khác nhau là lực thứ ba có độ lớn bằng tổng hai lực đó và ngược chiều, điểm đặt sẽ lùi về phía lực tác dụng lớn hơn.
Bài 2:
Hai học sinh cùng khiêng một thùng nước nặng được treo lên một thanh đòn dài, trong đó một em khỏe hơn, để giúp cho bạn yếu sức hơn thì hai bạn đó phải đặt thùng nước sao cho hợp lí?
Bước 1: Tìm hiểu đầu bài, nắm vững giả thiết của bài tập
Thực chất bài xác định điều kiện để cho áp lực tác dụng lên vai của học sinh yếu sẽ nhỏ hơn học sinh khỏe. Sử dụng quy tắc hợp lực song song để tìm.
Bước 2: Phân tích hiện tượng
Thùng nước tạo ra một lực hướng xuống, hai vai của hai học sinh tác dụng lực có vai trò là phản lực ngược hướng với lực do thùng nước gây ra. Nếu thùng nước đặt ngay ở trọng tâm của thanh thì lực sẽ chia đều cho hai em. Phải đặt như thế nào để cho học sinh yếu có lợi hơn.
Bước 3 Xây dựng lập luận và suy luận kết quả
Hợp lực của hai lực song song cùng chiều là một lực song song, cùng chiều và có độ lớn bằng tổng các độ lớn của hai lực ấy, tổng hợp lực do hai vai tác dụng lên thanh phải bằng trọng lượng của thùng nước. Cần dịch chuyển phía treo thùng về phía học sinh khỏe để phần đòn khiêng dài về phía học sinh yếu, khi đó lực tác dụng lên vai học sinh này nhỏ hơn lực tác dụng lên vài học sinh khỏe.
Giá của hợp lực chia khoảng cách giữa hai giá của hai lực song song thành những đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực ấy.
1 2F = +F F F = +F F 1 2 2 1 F d F = d vậy đáp án rất hợp lý.