Mở đầu trang 66 Vật lí 10: Ta biết rằng có thể làm biến dạng hoặc thay đổi trạng thái chuyển động của vật. Trong thực tế, một vật thường chịu tác dụng của nhiều lực khác nhau. Ví dụ khi chuyển động, ô tô vừa chịu tác dụng của nhiều lực khác nhau. Ví dụ khi chuyển động, ô tô vừa chịu lực của lực kéo động cơ, vừa chịu tác động của lực ma sát giữa bánh xe với mặt đường, trọng lực do Trái Đất tác dụng và áp lực do mặt đường tạo ra. Những lực này có đặc điểm gì?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải:

Những lực trên đều có đặc điểm là có điểm đặt tại ô tô, phương nằm ngang hoặc thẳng đứng và có độ lớn.

I. Trọng lực

Câu hỏi 1 trang 66 Vật lí 10: Khi thả một vật từ độ cao h, vật luôn rơi xuống. Lực nào đã gây ra chuyển động rơi của vật?

Lời giải:

Lực đã gây ra chuyển động rơi của vật là lực hấp dẫn của Trái Đất (trọng lực).

Giải vật lí 10 trang 67 Chân trời sáng tạo

Luyện tập trang 67 Vật lí 10: Hai bạn đang đứng ở vị trí A và B trên Trái Đất như Hình 11.3. hãy vẽ vecto trọng lực tác dụng lên mỗi bạn.

Phương pháp giải:

Trọng lực có:

- Điểm đặt: tại một vị trí đặc biệt gọi là trọng tâm.

- Hướng: hướng vào tâm Trái Đất.

- Độ lớn: P = m.g

Lời giải:

Vận dụng trang 67 Vật lí 10: Để xác định trọng tâm của một vật phẳng, người ta có thể làm như sau: Buộc dây vào một lỗ nhỏ ở mép của vật rồi treo vật thẳng đứng. Khi vật cân bằng, dùng bút đánh dấu phương của sợi dây lên vật. Sau đó ta thay đổi điểm treo và thực hiện tương tự. Giao điểm của hai đường kẻ chính là trọng tâm của vật mà ta cần xác định. Dựa vào phương pháp trên, hãy tiến hành thí nghiệm xác định trọng tâm của một vật phẳng bất kì.

Lời giải:

Các em tự thực hành.

II. Lực ma sát

Câu hỏi 2 trang 67 Vật lí 10: Quan sát Hình 11.5, em hãy dự đoán chuyển động của thùng hàng khi chịu tác dụng của các lực có cùng một độ lớn trong hai trường hợp.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ

Lời giải:

Trong hình 11.5, khi chị tác dụng của các lực có cùng độ lớn, thùng hàng a không di chuyển, thùng hàng b di chuyển về phía trước.

Câu hỏi 3 trang 67 Vật lí 10: Sau khi ta dừng tác dụng lực vào thùng hàng, ta quan sát thấy thùng hàng tiếp tục chuyển động và dừng lại sau khi đi được một đoạn. Em hãy giải thích tại sao thùng hàng dừng lại.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải:

Do thùng hàng đã chịu lực ma sát có chiều ngược lại với chiều chuyển động nên thùng hàng di chuyển một đoạn rồi dừng hẳn.

Giải vật lí 10 trang 68 Chân trời sáng tạo

Câu hỏi 4 trang 68 Vật lí 10: Nêu điểm giống và khác nhau của ba loại lực ma sát: ma sát trượt, ma sát lăn và ma sát nghỉ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học trong KHTN 6

Lời giải:

- Giống nhau:

+ Đều có điểm đặt trên vật và ngay tại vị trí tiếp xúc của hai bề mặt.

+ Đều có phương tiếp tuyến và ngược chiều chuyển động

- Khác nhau:

+ Lực ma sát nghỉ xuất hiện khi vật nằm yên trên bề mặt

+ Lực ma sát trượt xuất hiện khi vật di chuyển

+ Lực ma sát lăn xuất hiện khi vật lăn trên một bề mặt.

Câu hỏi 5 trang 68 Vật lí 10: Dựa vào các Hình 11.5, 11.6, hãy vẽ hình biểu diễn lực ma sát tác dụng lên các vật.

Phương pháp giải:

Lực ma sát:

+ Điểm đặt: trên vật và ngay tại vị trí tiếp xúc của hai bề mặt

+ Phương tiếp tuyến và ngược chiều chuyển động của vật

Lời giải:

Câu hỏi 6 trang 68 Vật lí 10: Giải thích ý nghĩa của chuyển động tương đối của hai bề mặt tiếp xúc khi nói về chiều của lực ma sát.

Lời giải:

Chuyển động tương đối của hai bề mặt tiếp xúc khi nói về chiều của lực ma sát là khi ta tác dụng lực vào vật có xu hướng như thế nào mà vật vẫn đứng yên thì tại vật xuất hiện lực ma sát ngược chiều với chiều tác dụng vào vật.

Câu hỏi 7 trang 68 Vật lí 10: Dựa vào kinh nghiệm cuộc sống của em, hãy phân tích lợi ích và tác hại của lực ma sát.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức thực tế

Lời giải:

- Lợi ích của lực ma sát: Giúp cố định các vật trong không gian; giúp các vật đang trượt hay lăn dừng lại.

- Tác hại của lực ma sát:

+ Làm mòn bề mặt của các vật

+ Cản trở chuyển động của các vật...

Giải vật lí 10 trang 69 Chân trời sáng tạo

Luyện tập trang 69 Vật lí 10: Quan sát Hình 11.9 và giải thích cơ chế vật lí giúp con người có thể bước đi.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ

Lời giải:

Khi chân người bước đi, áp lực của mặt đường lên chân và áp lực của chân lên mặt đường cùng phương, ngược chiều và có cùng độ lớn nên hai lực này triệt tiêu. Lực ma sát nghỉ do chân tác dụng lên mặt đường và lực ma sát nghỉ do mặt đường tác dụng lên chân cùng phương, ngược chiều và cùng độ lớn nên chúng cũng triệt tiêu. Lực do mặt đường tác dụng lên chân không bị triệt tiêu, vì vậy mà con người có thể bước đi được.

Vận dụng trang 69 Vật lí 10: Dựa vào kiến thức đã học, hãy cho biết các trường hợp trong Hình 11.10 là ứng dụng đặc điểm gì của lực ma sát và nêu cụ thể loại lực ma sát được đề cập.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ và vận dụng kiến thức đã học

Lời giải:

- Hình 11.10a: ứng dụng đặc điểm cản trở của lực ma sát lăn.

- Hình 11.10b: ứng dụng đặc điểm cản trở của lực ma sát nghỉ

- Hình 11.10c: ứng dụng đặc điểm cản trở của lực ma sát trượt.

Giải vật lí 10 trang 70 Chân trời sáng tạo

III. Lực căng dây

Câu hỏi 8 trang 70 Vật lí 10: Cho ví dụ minh họa tính chất của lực căng dây xuất hiện tại mọi điểm trên dây.

Phương pháp giải:

Liên hệ thực tiễn

Lời giải:

Ví dụ:

+ Kéo vật bằng ròng rọc

+ Chuyển động của con lắc đơn được treo vào một sợi dây không dãn.

Luyện tập trang 70 Vật lí 10: Hình 11.13 mô tả quá trình kéo gạch từ thấp lên cao qua hệ thống ròng rọc. Xem chuyển động của thùng gạch là đều, hãy xác định lực căng tác dụng lên vật nâng và ròng rọc bằng hình vẽ. Từ đó hãy chỉ ra điểm đặt, phương, chiều và độ lớn của lực căng dây. Biết lượng gạch trong mỗi lần kéo có khối lượng 20 kg và lấy g = 10 m/s2

Phương pháp giải:

Lực căng có đặc điểm:

+ Điểm đặt là điểm mà đầu dây tiếp xúc với vật

+ Phương trùng với chính sợi dây

+ Chiều hướng từ hai đầu dây vào phần giữa của sợi dây.

Lời giải:

Ta có lực căng dây tác dụng lên vật nâng:

 T = P = m.g = 20.10 = 200 (N)

Lực căng:

+ Điểm đặt: tại vật

+ Phương: thẳng đứng

+ Chiều: từ dưới lên trên

+ Độ lớn: 200 N.

IV. Lực đẩy Archimedes (Ác-si-mét)

Câu hỏi 9 trang 70 Vật lí 10: Quan sát Hình 11.15, tìm hiểu và trình bày một giai thoại khoa học liên quan.

Phương pháp giải:

Quan sát hình và tìm hiểu trên Internet

Lời giải:

Giai thoại: Acsimet và câu chuyện về chiếc vương miện

Một ngày tháng tư năm 231 trước công nguyên, quốc vương Hỉeon đã triệu tập Acsimet vào cung để giải quyết một vấn đề mà quốc vương rất đau đầu. Đó là quốc vương có một chiếc vương miện do một thợ kim hoàn đúc thành, quốc vương giao cho thợ kim hoàn 15 lạng vàng nhưg quốc vương hoài nghi rằng chiếc vương miện này liệu có được 15 lạng vàng hay không. Vì vậy quốc vương muốn làm sáng tỏ điều này. Sau khi Acsimet nghe xong yêu cầu của quốc vương, biết rằng đây là một vấn đề khó giải quyết, vì vậy ông đã xin bệ hạ một ít ngày suy nghĩ. Acsimet mang chiếc vương miện về nhà để tìm hiểu. Sau 2 tháng, ông vẫn không tìm ra được kết quả. Bỗng một hôm, ông vừa đi vào bồn tắm, dìm người vào bồn chứa đầy nước sạch, bỗng ông chú ý đến một phần nước của bồn tắm trào ra khi ông dìm mình trong bồn tắm, đột nhiên một ý nghĩ trong đầu ông khiến ông hét tướng lên: “Ơ rê ca! Ơ rê ca” (Tìm ra rồi, tìm ra rồi) và rồi ông chạy ra khỏi bồn tắm, chạy ra đường, mừng rỡ khôn tả.

Ông ăn mặc chỉnh tề vào gặp quốc vương và đưa ra lí giải:

+ Có 3 vật có trọng lượng bằng nhau: sắt, vàng, vương miện

+ Ông lần lượt nhúng ngập chúng vào một chiếc bình được đổ nước, và đo lượng trào ra.

=> Kết quả là lượng nước trào ra khi nhúng ngập chiếc vương miện nhiều hơn khi nhúng ngập tảng vàng, ít hơn tảng sắt

=> Chiếc vương miện không phải hoàn toàn bằng vàng ròng, cũng không phải bằng sắt. Khi thợ kim hoàn làm chiếc vương miện này chắc chắn đã trộn không ít bạc vào trong vàng.

Giải vật lí 10 trang 71 Chân trời sáng tạo

Câu hỏi 10 trang 71 Vật lí 10: Hãy vẽ vectơ lực đẩy Archimedes tác dụng lên vương miện trong Hình 11.15.

Lời giải:

Giải vật lí 10 trang 72 Chân trời sáng tạo

Câu hỏi 11 trang 72 Vật lí 10: Dựa vào công thức (11.8) để giải thích sự xuất hiện của lực đẩy tác dụng lên một vật trong chất lỏng (hoặc chất khí).

Phương pháp giải:

Dựa vào công thức: $\mathrm{\Delta }p=\rho .g.\mathrm{\Delta }h$ để giải thích

Lời giải:

Công thức (11.8): $\Delta p=\rho .g.\Delta h$

Khi một vật chìm trong chất lỏng thì sẽ làm chất lỏng dâng lên một độ cao , thì áp suất của chất lỏng tác dụng lên vật sẽ là $\Delta p=\rho .g.\Delta h$ $\Rightarrow$Độ chênh lệch áp suất này chính là lực đẩy của chất lỏng lên vật.

Luyện tập trang 72 Vật lí 10: Kỉ lục thế giới về lặn tự do không có bình dưỡng khí) được thực hiện bởi một nữ thợ lặn người Slovenia khi cô lặn xuống biển tới độ sâu 114 m. Hãy tính độ chênh lệch áp suất tại vị trí này so với mặt thoáng của nước biển. Lấy giá trị trung bình khối lượng riêng của nước biển là 1025 kg/m3 và g = 9,8 m/s2 .

Phương pháp giải:

Biểu thức độ chênh lệch áp suất giữa hai điểm có độ sâu khác nhau trong chất lỏng: $\mathrm{\Delta }p=\rho .g.\mathrm{\Delta }h$

Trong đó:

+ $\mathrm{\Delta }p$: độ chênh lệch áp suất (N/m2 )

+ ρ: khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3 )

+ g: gia tốc trọng trường (m/s2 )

+ Δh: độ chênh lệch độ cao giữa hai điểm (m)

Lời giải:

Ta có Δh = 114 m; ρ = 1025 kg/m3 ; g = 9,8 m/s2 .

=> Độ chênh lệch áp suất đối với mặt thoáng của nước biển là:

$\mathrm{\Delta }p=\rho .g.\mathrm{\Delta }h=1025.9,8.114=1145130(N/m^2)$

Vận dụng trang 72 Vật lí 10: Thiết kế phương án thí nghiệm để xác định được độ lớn lực đẩy Archimedes và khối lượng riêng ρ của một chất lỏng với các dụng cụ: lực kế, vật nặng, chậu nước.

Lời giải:

Thiết kế phương án thí nghiệm

+ Bước 1: Treo vật nặng vào lực kế, lực kế chỉ giá trị P

+ Bước 2: Nhúng vật nặng chìm trong chậu nước, lực kế chỉ giá trị P1

+ Bước 3: Tính lực đẩy Acsimet: FA = P – P1

+ Bước 4: Tính khối lượng riêng: $\rho =\frac{F_A}{g.h}$

Giải vật lí 10 trang 73 Chân trời sáng tạo

Bài tập (trang 73)

Bài 1 trang 73 Vật lí 10: Xét hai hệ như Hình 11P.1, hãy vẽ sơ đồ lực tác dụng lên vật m1 , m2 trong trường hợp a và vật m trong trường hợp b; gọi tên các lực này

Lời giải:

+ $\overrightarrow{N}$: phản lực

+ $\overrightarrow{P}$: trọng lực

+ $\overrightarrow{T}$: lực căng

Bài 2 trang 73 Vật lí 10: Vào năm 231 trước Công nguyên, nhà vua Hy Lạp cổ đại Hỉeon (Hai-ơ-rôn) nghi ngờ thợ kim hoàn trộn lẫn những kim loại khác ngoài vàng khi đúc vương miện cho ông. Archimedes đã tiến hành thí nghiệm như Hình 11P.2 để giải đáp thắc mắc của nhà vua. Dựa vào các kiến thức đã học hãy giải thích cách tiến hành trên. Biết rằng người thợ này đã dùng bạc thay thế cho một phần vàng và bạc có khối lượng riêng nhỏ hơn vàng.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải:

+ Có 3 vật có trọng lượng bằng nhau: sắt, vàng, vương miện

+ Ông lần lượt nhúng ngập chúng vào một chiếc bình được đổ nước, và đo lượng trào ra.

=> Kết quả là lượng nước trào ra khi nhúng ngập chiếc vương miện nhiều hơn khi nhúng ngập tảng vàng, ít hơn tảng sắt

=> Chiếc vương miện không phải hoàn toàn bằng vàng ròng, cũng không phải bằng sắt. Khi thợ kim hoàn làm chiếc vương miện này chắc chắn đã trộn không ít bạc vào trong vàng.

Bài 3 trang 73 Vật lí 10: Tác dụng lực đẩy theo phương ngang rất khó để làm khối nặng di chuyển trượt trên mặt sàn. Thay vì vậy, ta thường đặt vật tựa trên các con lăn như Hình 11P.3 và đẩy với cùng lực đó thì vật chuyển động dễ dàng. Giải thích tại sao.

Lời giải:

Nếu để vật lên các con lăn thì bề mặt tiếp xúc giữa vật với mặt sàn sẽ giảm, lực ma sát là lực ma sát lăn, như vậy lực đẩy sẽ lớn hơn, vật di chuyển dễ dàng hơn.

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 10: Ba định luật Newton về chuyển động

Bài 12: Chuyển động của vật trong chất lưu

Bài 13: Tổng hợp lực - Phân tích lực

Bài 14: Moment lực. Điều kiện cân bằng của vật

Lý thuyết Một số lực trong thực tiễn

1. Trọng lực

Vật luôn rơi với gia tốc $\overrightarrow{g}$ có độ lớn không đổi gọi là gia tốc rơi tự do. Lực làm cho vật rơi chính là lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên vật gọi là trọng lực $\overrightarrow{P}$. Theo biểu thức của định luật II Newton, ta có $\overrightarrow{P}=m.\overrightarrow{g}$

Quả táo chịu tác dụng của trọng lực

- Trọng lực là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vật

- Trọng lực có:

+ Điểm đặt: tại một vị trí đặc biệt gọi là trọng tâm

+ Hướng: hướng vào tâm Trái Đất

+ Độ lớn: P = m.g

2. Lực ma sát

a. Các loại lực ma sát

- Ma sát nghỉ: Lực ma sát nghỉ có điểm đặt trên vật và ngay tại vị trí tiếp xúc của hai bề mặt, phương tiếp tuyến và ngược chiều với xu hướng chuyển động tương đối của hai bề mặt tiếp xúc. Độ lớn của lực ma sát nghỉ bằng độ lớn của lực tác dụng gây ra xu hướng chuyển động.

- Ma sát trượt: Lực ma sát trượt có điểm đặt trên vật và ngay tại vị trí tiếp xúc của hai bề mặt, phương tiếp tuyến và ngược chiều với chuyển động của vật. Độ lớn của lực ma sát trượt:

+ Không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ chuyển động của vật.

+ Phụ thuộc vào vật liệu và tính chất của hai bề mặt tiếp xúc.

+ Tỉ lệ với độ lớn của áp lực giữa hai bề mặt tiếp xúc: $F=\mu .N$.

Với µ là hệ số ma sát trượt, phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai bề mặt tiếp xúc

- Ma sát lăn: Lực ma sát xuất hiện ở mặt tiếp xúc khi vật lăn trên một bề mặt.

b. Ứng dụng của lực ma sát

- Lực ma sá có tác dụng cản trở chuyển động của vật nhưng đôi khi tác dụng này lại mang lại nhiều ứng dụng trong cuộc sống.

Ma sát giúp thùng hàng không bị trượt, quẹt được diêm

Ma sát làm mòn lốp xe, nhưng cũng đồng thời giúp xe dừng lại

3. Lực căng dây

- Khi một sợi dây bị kéo căng, nó sẽ tác dụng lên hai vật gắn với hai đầu dây những lực căng có đặc điểm:

+ Điểm đặt là điểm mà đầu dây tiếp xúc với vật

+ Phương trùng với chính sợi dây

+ Chiều hướng từ hai đầu dây vào phần giữa của sợi dây

Với những dây có khối lượng không đáng kể thì lực căng ở hai đầu dây luôn có cùng một độ lớn

Lực căng dây xuất hiện trên sợi dây

4. Lực đẩy Ac - si - met

a. Lực đẩy Ac – si – met

- Lực đẩy Ac - si – met tác dụng lên vật có điểm đặt tại vị trí trùng với trọng tâm của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ, có phương thẳng đứng, có chiều từ dưới lên trên, có độ lớn bằng trọng lượng phần chất lỏng bị chiếm chỗ

$F_A=\rho .g.V$

b. Biểu thức xác định độ chênh lệch áp suất giữa hai điểm có độ sâu khác nhau trong chất lỏng

- Áp suất p: là đại lượng được xác định bằng độ lớn áp lực F trên một đơn vị diện tích S của mặt bị ép theo công thức:

$p=\frac{F}{S}$

Đơn vị của áp suất trong hệ SI là Pa (1Pa = 1N/m²)

- Khối lượng riêng $\rho$ của một chất: là đại lượng được xác định bằng khối lượng m của vật tạo thành từ chất đó trên một đơn vị thể tích V của vật theo công thức: $\rho =\frac{m}{V}$

Đơn vị của khối lượng riêng trong hệ SI là kg/m³

- Độ chênh lệch áp suất giữa hai điểm trong chất lỏng: $\Delta p=\rho .g.\Delta h$

Thợ lặn càng xuống sâu thì áp suất của nước càng lớn