Trả lời nhanh
Bóng đèn chịu hai lực: trọng lực P hướng xuống và lực căng dây T hướng lên. Đèn đứng yên nên hai lực cân bằng: T = P = m·g. Với m = 0,5 kg, lấy g = 9,8 m/s² thì T = 4,9 N; lấy g = 10 m/s² thì T = 5 N.
Đề thường gặp: “Một bóng đèn có khối lượng 500 g được treo thẳng đứng vào trần nhà bằng một sợi dây. Hãy nêu các lực tác dụng lên bóng đèn, vẽ hình và tính lực căng của dây.” Vì không có số liệu g đi kèm, ta giải với cả hai giá trị hay dùng ở lớp 10 là 9,8 và 10 m/s². Em hãy xem đề của mình cho giá trị nào thì dùng giá trị đó.
Bước 1: Xác định các lực tác dụng lên bóng đèn
- Trọng lực P: do Trái Đất hút, điểm đặt ở trọng tâm đèn, phương thẳng đứng, chiều hướng xuống.
- Lực căng dây T: do dây kéo đèn, điểm đặt ở chỗ dây buộc vào đèn, phương thẳng đứng, chiều hướng lên (dọc theo dây về phía trần).
Chỉ có hai lực này. Trần nhà không tác dụng trực tiếp lên đèn; trần chỉ giữ dây, còn dây mới là vật tiếp xúc với đèn.
Bước 2: Áp dụng điều kiện cân bằng
Bóng đèn đứng yên, tức gia tốc a = 0. Theo định luật 1 (hoặc định luật 2) Newton, hợp lực tác dụng lên đèn bằng không:
T + P = 0 (dạng vectơ) → chọn chiều dương hướng lên: T − P = 0 → T = P.
Bước 3: Tính số
Đổi khối lượng: 500 g = 0,5 kg (lỗi hay gặp là quên đổi gam sang kilôgam).
| Giá trị g | Trọng lượng P = m·g | Lực căng T |
|---|---|---|
| 9,8 m/s² | 0,5 × 9,8 = 4,9 N | 4,9 N |
| 10 m/s² | 0,5 × 10 = 5 N | 5 N |
Đáp số: T = P ≈ 4,9 N (g = 9,8 m/s²) hoặc 5 N (g = 10 m/s²).
Phân biệt hai loại “cặp lực” trong bài
Đây là chỗ nhiều bạn nhầm khi đề hỏi thêm về định luật 3 Newton.
- Cặp lực cân bằng (định luật 1): T và P cùng đặt vào một vật là bóng đèn, cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn.
- Cặp lực – phản lực (định luật 3): đặt vào hai vật khác nhau. Ví dụ: dây kéo đèn lên (lực T) và đèn kéo dây xuống (lực T′, đặt vào dây, T′ = T). Hoặc Trái Đất hút đèn (P) và đèn hút Trái Đất (P′).
Mẹo nhớ: cân bằng thì “một vật, hai lực”; lực – phản lực thì “hai vật, hai lực”, và chúng không bao giờ khử nhau.
Mở rộng: nếu đèn không đứng yên thì sao?
Khi đèn chuyển động có gia tốc theo phương thẳng đứng, T không còn bằng P. Chọn chiều dương hướng lên, định luật 2 Newton cho: T − P = m·a, suy ra T = m(g + a).
- Đèn đi lên nhanh dần hoặc đi xuống chậm dần (a hướng lên): T > P.
- Đèn đi xuống nhanh dần (a hướng xuống, a < g): T < P.
- Dây bị cắt: T = 0, đèn rơi tự do với a = g.
Chuyển động thẳng đều (vận tốc không đổi) vẫn có a = 0 nên T = P. Đừng nghĩ rằng “đang chuyển động thì phải có lực lớn hơn”.
Lỗi sai thường gặp
- Để nguyên 500 g trong công thức, ra P = 5000 hoặc 4900 – sai đơn vị.
- Vẽ thêm “lực của trần nhà” lên đèn.
- Vẽ hai lực khác độ dài dù đề nói đèn đứng yên.
- Gọi T và P là cặp lực – phản lực theo định luật 3.
Bài luyện tập tự đặt
- Treo một chiếc đèn 1,2 kg bằng sợi dây chỉ chịu được lực căng tối đa 10 N. Lấy g = 10 m/s². Dây có đứt không?
Đáp án: P = 1,2 × 10 = 12 N, đèn đứng yên nên T = 12 N > 10 N → dây đứt. - Kéo bóng đèn 500 g ở trên đi lên nhanh dần đều với gia tốc 2 m/s² (g = 10 m/s²). Tính lực căng dây.
Đáp án: T = m(g + a) = 0,5 × (10 + 2) = 6 N. - Đèn 500 g treo bằng hai sợi dây đối xứng, mỗi dây hợp với phương thẳng đứng góc 60°. Tính lực căng mỗi dây (g = 10 m/s²).
Đáp án: 2T·cos60° = P → T = P = 5 N (vì 2·cos60° = 1).
Câu hỏi thường gặp
Bóng đèn 500 g treo bằng một sợi dây thì lực căng dây bằng bao nhiêu?
Đèn đứng yên nên lực căng bằng trọng lượng: T = m·g = 0,5 × 9,8 = 4,9 N, hoặc 5 N nếu lấy g = 10 m/s².
Lực căng dây và trọng lực có phải cặp lực – phản lực không?
Không. Hai lực này cùng đặt vào bóng đèn nên là cặp lực cân bằng. Cặp lực – phản lực luôn đặt vào hai vật khác nhau, ví dụ lực dây kéo đèn và lực đèn kéo dây.
Nếu cắt dây thì bóng đèn chuyển động thế nào?
Lực căng bằng 0, đèn chỉ chịu trọng lực nên rơi tự do với gia tốc g (khi bỏ qua sức cản không khí).
Khi kéo đèn đi lên nhanh dần thì lực căng dây tính thế nào?
Chọn chiều dương hướng lên: T − P = m·a nên T = m(g + a), lớn hơn trọng lượng của đèn.