9. Cấu trúc của luận văn
2.2.4. Nội dung kiến thức cơ bản
2.2.4.1. Các khái niệm
a) Vật rắn: “Vật rắn là một hệ chất điểm phân bố liên tục (theo góc độ vĩ mô) trong một miền không gian nào đấy mà khoảng cách giữa hai chất điểm bất kỳ không thay đổi”. Như vậy, vật rắn luôn có hình dạng, kích thước và thể tích nhất định.
“Vật rắn tuyệt đối là tập hợp vô hạn các chất điểm mà khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ luôn luôn không đổi”.
b) Trọng tâm: Trọng lực của một vật rắn có giá là đường thẳng đứng, hướng xuống dưới và đặt ở một điểm xác định gắn với vật, điểm ấy gọi là trọng tâm của vật.
c) Momen lực:
Momen của lực F đối với trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay
của lực quanh trục đó và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó. M = F.d
Trong đó: +) F (N): độ lớn của lực tác dụng
+) d (m): cánh tay đòn của lực, là
khoảng cách từ giá đặt lực đến trục quay
+) M (N.m): Momen của lực F đối với trục quay Oz
d) Mặt chân đế:
Khi vật tiếp xúc với mặt phẳng đỡ chỉ ở một số diện tích rời nhau thì mặt chân đế là hình đa giác lồi nhỏ nhất bao bọc tất cả các diện tích tiếp xúc đó.
Khi vật tiếp xúc với mặt phẳng đỡ chúng bằng cả một mặt đáy thì mặt chân đế là mặt đáy của vật.
e) Các dạng cân bằng:
Có ba dạng cân bằng: Cân bằng bền, cân bằng không bền, cân bằng phiếm định. Khi kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng một chút mà trọng lực của vật có xu hướng:
+ kéo nó trở về vị trí cân bằng thì đó là vị trí cân bằng bền.
+ kéo nó ra xa vị trí cân bằng thì đó là vị trí cân bằng không bền.
+ giữ nó đứng yên ở vị trí mới thì đó là vị trí cân bằng phiếm định.
Cân bằng bền Cân bằng không bền Cân bằng phiếm định
Trọng tâm ở vị trí thấp nhất so với các vị trí lân cận.
Trọng tâm ở vị trí cao nhất so với các vị trí lân cận.
Trọng tâm không thay đổi hoặc ở một độ cao không đổi.
f) Ngẫu lực: 1 F 2 F O 1 d 2 d
Hệ hai lực song song, ngược chiều và có độ lớn bằng nhau, nhưng có giá khác nhau và cùng tác dụng vào một vật gọi là ngẫu lực.
Tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn
• Trường hợp vật không có trục quay cố định
Nếu vật chỉ chịu tác dụng của ngẫu lực thì nó sẽ quay quanh một trục đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực.
• Trường hợp vật có trục quay cố định
Dưới tác dụng của ngẫu lực vật sẽ quay quanh trục cố định đó. Nếu trục quay không đi qua trọng tâm thì trọng tâm của vật sẽ chuyển động tròn xung quanh trục quay.
2.2.4.2. Quy tắc hợp hai lực
a) Quy tắc hợp hai lực đồng quy
Để tổng hợp hai lực F , 1 F đồng quy ta làm như sau: 2
- Trượt hai lực trên giá của chúng đến điểm đồng quy.
- Áp dụng quy tắc hình bình hành, tìm hợp lực F của hai lực: F F1 F2
Chú ý: Khi vẽ véctơ lực F song song, 1'
cùng chiều và có độ lớn bằng F1. Từ điểm gốc
B của lực F và vẽ 2 F' F1' F2thì F không ' phải là hợp lực của F và 1 F . 2
b) Quy tắc hợp hai lực song song cùng chiều
- 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.
- 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.
F12 = F1 + F2 1 2 2 1 F d F d (chia trong)
Trong đó: d1 là khoảng cách từ giá của hợp lực tới giá của lực F1
d2 là khoảng cách từ giá của hợp lực tới giá của lực F2
c) Quy tắc hợp hai lực song song trái chiều
Hợp lực của hai lực song song ngược chiều là một lực có: + Hướng: song song, cùng chiều với lực có độ lớn lớn hơn + Độ lớn: bằng hiệu các độ lớn của hai lực ấy.
1 2 1 2 2 1 F d F F F ; F d (chia ngoài)
2.2.4.3. Điều kiện cân bằng của vật rắn (ĐKCBCVR)
a) ĐKCBCVR dưới tác dụng của hai lực
Muốn một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng: F1 F2, tức là hai
lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn, ngược chiều
Chú ý: Tác dụng của một lực lên một vật rắn không thay đổi tác dụng khi điểm đặt của lực đó dời chỗ trên giá của nó.
b) ĐKCBCVR dưới tác dụng của ba lực không song song
Muốn cho một vật chịu tác dụng của ba lực không song song ở trạng thái cân bằng thì:
+ Ba lực phải có giá đồng phẳng và đồng quy. + Hợp lực của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba: F1F2 F3
d2
c) ĐKCBCVR dưới tác dụng của ba lực song song
Muốn cho một vật chịu tác dụng của ba lực song song ở trạng thái cân bằng thì:
+ Ba lực đó phải có giá đồng phẳng.
+ Hợp lực của hai lực song song cùng chiều phải cùng giá, cùng độ lớn nhưng ngược chiều với lực thứ ba.
F3 = F1 + F2 1 2 2 1 F d F d (chia trong) d) ĐKCBCVR có trục quay cố định
Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng thì tổng momen lực có khuynh hướng làm vật quay theo một chiều phải bằng tổng momen của các lực có khuynh hướng làm vật quay theo chiều ngược lại.
e) ĐKCBCVR có mặt chân đế
Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế (hay là trọng tâm “rơi” trên mặt chân đế).
• Mức vững vàng của cân bằng:
Mức vững vàng của sự cân bằng được xác định bởi độ cao của trọng tâm và diện
tích của mặt chân đế.
Trọng tâm của vật càng cao và mặt chân đế càng nhỏ thì vật càng dễ bị lật đổ và
ngược lại ⇒ Muốn tăng mức vững vàng của vật có mặt chân đế thì hạ thấp trọng tâm và
tăng diện tích mặt chân đế của vật.