Lời giải bài tập Vật Lí lớp 10 Bài 2: Một số lực thường gặp sách Cánh diều hay, chi tiết sẽ giúp học sinh dễ dàng trả lời câu hỏi Vật Lí 10 Bài 2 từ đó học tốt môn Lí 10.

Giải bài tập Vật Lí lớp 10 Bài 2: Một số lực thường gặp

Video bài giảng Một số lực thường gặp - Cánh diều

Giải vật lí 10 trang 48 Cánh diều

Mở đầu trang 48 Vật Lí 10: Ở phần trước, ta biết gia tốc mà vật có được là do có lực tác dụng lên vật. Khi biết vật đang chịu tác dụng bởi những lực nào, chúng ta có thể dự đoán vật sẽ chuyển động ra sao. Như vậy, điều quan trọng là xác định được các lực tác dụng lên một vật. Hãy lấy ví dụ về vật chịu tác dụng đồng thời của nhiều lực.

Lời giải:

Ví dụ một con bò kéo một chiếc xe chuyển động trên đường, khi đó chiếc xe chịu tác dụng của các lực:

I. Vật chuyển động dưới tác dụng của các lực cân bằng và không cân bằng

Câu hỏi 1 trang 48 Vật Lí 10: Quan sát hình 2.1 và cho biết người nào tác dụng lực đẩy, người nào tác dụng lực kéo lên cái tủ?

Hãy biểu diễn lực tác dụng của mỗi người lên tủ.

Lời giải:

Dựa vào hình vẽ có thể thấy người A đang kéo chiếc tủ, người B đang đẩy chiếc tủ.

Vậy người A tác dụng dụng lực kéo (mũi tên xanh), người B tác dụng lực đẩy (mũi tên đỏ) lên chiếc tủ.

Giải vật lí 10 trang 49 Cánh diều

Câu hỏi 2 trang 49 Vật Lí 10: Xác định hướng và độ lớn của hợp lực tác dụng lên ô tô trong các trường hợp dưới đây và trạng thái chuyển động của ô tô.

Lời giải:

a) Hợp lực F cùng hướng với lực F₂ và có độ lớn là

b) Hợp lực F trong trường hợp này bằng $F=F_2-F_1=300-300=0N$

c) Hợp lực F cùng hướng với lực F₁ và có độ lớn bằng $F=F_1-F_2=300-200=100N$

Giải vật lí 10 trang 50 Cánh diều

II. Một số lực thường gặp

Câu hỏi 3 trang 50 Vật Lí 10: Biểu diễn trọng lực tác dụng lên quả táo (G là trọng tâm)

Lời giải:

Trọng lực có:

+ Điểm đặt tại trọng tâm của vật (quả táo).

+ Phương thẳng đứng.

+ Chiều từ trên xuống dưới.

+ Độ lớn phụ thuộc vào khối lượng của vật.

Vận dụng 1 trang 50 Vật Lí 10: Để xác định trọng tâm của một vật phẳng, ta có thể thực hiện như sau (hình 2.4): Treo vật ở đầu một sợi dây mềm, mảnh nối với điểm P của vật. Đưa dây dọi tới sát dây treo vật, dùng dây dọi để làm chuẩn, đánh dấu đường thẳng đứng PP’ kéo dài của dây treo trên vật.

Treo vật ở điểm Q và lặp lại quá trình như trên, đánh dấu được đường thẳng đứng QQ’. Giao điểm G của PP’ và QQ’ là trọng tâm của vật phẳng.

Hãy xác định trọng tâm của mỗi vật phẳng trong hình 2.5

Lời giải:

Thực hiện các thao tác giống như hướng dẫn ta được:

+ Trọng tâm của vật phẳng hình chữ nhật là giao điểm của 2 đường chéo của vật hình chữ nhật và nằm trên vật.

+ Trọng tâm của vật phẳng hình vành khăn là tâm của hình tròn và nằm ngoài vật.

+ Trọng tâm của vật phẳng hình tam giác cân là giao điểm của 2 đường trung tuyến và nằm trên vật.

Giải vật lí 10 trang 51 Cánh diều

Câu hỏi 4 trang 51 Vật Lí 10: Tính độ lớn trọng lực tác dụng lên bạn.

Lời giải:

Ví dụ bạn nặng 50 kg, khi đó trọng lực tác dụng lên bạn có độ lớn là:

P = mg = 50.9,8 = 490 N

Câu hỏi 5 trang 51 Vật Lí 10: Từ bảng 2.1, xác định gia tốc rơi tự do ở vị trí thực hiện phép đo. Lấy kết quả đến 3 chữ số có nghĩa.

Lời giải:

Áp dụng công thức: P = mg

Vì thí nghiệm được tiến hành ở cùng một vị trí nên giá trị gia tốc rơi tự do trong các lần đo thay đổi khối lượng quả cân sẽ như nhau.

Gia tốc rơi tự do khi treo 1 quả cân là

$g_1=\frac{P_1}{m{}_1}=\frac{0,49}{0,05}=9,8\left(m/s^2\right)$

 Gia tốc rơi tự do ở vị trí thực hiện phép đo là 9,80 m/s²

Giải vật lí 10 trang 52 Cánh diều

Vận dụng 2 trang 52 Vật Lí 10: Xác định số chỉ của lực kế khi đo trọng lượng của các quả cân trong bảng 2.1 khi chúng được đưa lên bề mặt Mặt Trăng. Lấy gia tốc rơi tự do trên Mặt Trăng là 1,6 m/s²

Lời giải:

Khi đưa các quả cân lên bề mặt Mặt Trăng, khi đó trọng lượng tương ứng sẽ được tính theo công thức $P_n\text{'}=m_n.g_{MT}$

Trong đó:

+ P’_n là trọng lượng tương ứng với số quả cân.

+ m_n là khối lượng tương ứng với số quả cân.

+ g_MT = 1,6 m/s².

Thay số vào ta được kết quả như bảng sau:

Luyện tập trang 53 Vật Lí 10: Một thùng hàng có khối lượng 54,0 kg được đặt trên mặt sàn nằm ngang và phải cần lực đẩy ít nhất bằng 108 N để làm thùng hàng bắt đầu chuyển động.

a) Tính độ lớn lực ép giữa sàn và thùng hàng.

b) Tìm lực ma sát nghỉ cực đại tác dụng lên thùng hàng.

Lời giải:

a) Thùng hàng có khối lượng nên chịu tác dụng của trọng lực (lực hút của Trái Đất).

Thùng hàng đặt trên mặt sàn nằm ngang thì lực ép bằng trọng lượng (độ lớn của trọng lực). Khi đó độ lớn lực ép giữa sàn và thùng hàng là: P = mg = 54.9,8 = 529,2 N.

b) Lực ma sát nghỉ khi vật bắt đầu chuyển động là lực ma sát nghỉ cực đại, và thỏa mãn công thức F_{ma sát trượt} $\le$ F_{ma sát nghỉ cực đại}. Lực đẩy ít nhất bằng 108 N để thùng bắt đầu chuyển động chính là lực ma sát nghỉ cực đại.

Giải vật lí 10 trang 54 Cánh diều

Tìm hiểu thêm trang 54 Vật Lí 10: Tốc độ ổn định của vật rơi phụ thuộc vào trọng lượng, hình dạng và kích thước mặt ngoài của vật. Đối với côn trùng, lực cản của không khí lớn hơn nhiều so với trọng lượng của chúng, do đó tốc độ ổn định của chúng khá thấp. Côn trùng có thể bị cuốn lên trời hàng km do các luồng không khí bốc lên. Sau đó, chúng rơi trở lại Trái Đất mà không bị thương. Hãy lấy một ví dụ tương tự.

Lời giải:

Ví dụ: vận động viên nhảy dù

+ Khi chưa bung dù thì lực cản không khí tác dụng lên vận động viên nhỏ hơn trọng lượng cơ thể, dẫn đến vận động viên rơi nhanh.

+ Khi bung dù, lực cản không khí tác dụng vào phần bên trong của dù rất lớn, thắng được trọng lượng của hệ (người và dù), nên vận động viên có thể rơi chậm hơn, bay lơ lửng và tiếp đất an toàn.

Vận dụng 3 trang 54 Vật Lí 10: Chế tạo hệ thống dù để thả một quả trứng từ độ cao 10 m xuống đất mà trứng không vỡ. Các nội dung cần báo cáo sau thử nghiệm:

- Khoảng thời gian chuyển động của hệ thống dù để quả trứng không vỡ khi chạm đất.

- Hình dạng và kích thước của hệ thống dù.

Lời giải:

Học sinh có thể làm theo gợi ý sau:

- Sử dụng tấm vải hoặc túi nilong, khâu chụm các góc lại để được hình như cái dù.

- Đặt quả trứng vào hộp nhỏ

- Tiến hành thả

- Các nội dung báo cáo làm theo các câu hỏi nhỏ trên.

Giải vật lí 10 trang 55 Cánh diều

Câu hỏi 7 trang 55 Vật Lí 10: Hãy giải thích vì sao ở vùng nước ngập ngang người thì bơi sẽ đỡ tốn sức hơn lội.

Lời giải:

Vì khi bơi, diện tích cơ thể chịu lực cản của nước ít hơn do hình dạng khí động học khác khi lội.

Tìm hiểu thêm trang 55 Vật Lí 10: Archimedes (287 TCN – 212 TCN) được nhà vua giao nhiệm vụ tìm ra vương miện bằng vàng có bị pha thêm bạc hay không. Giai thoại kể rằng ông đã tìm ra lời giải trong lúc tắm. Khi đó, Archimedes reo lên: “Euréka” (có nghĩa là: tìm ra rồi) và sung sướng chạy ra ngoài. Đây là mẩu chuyện vui về một nhà vật lí nhưng có ý nghĩa sâu sắc. Không phải may mắn ngẫu nhiên mà chính việc luôn luôn suy nghĩ về liên hệ giữa cái cần tìm và cái đã biết đã giúp Archimedes tìm ra lời giải. Say mê nghiên cứu là phẩm chất hàng đầu của nhà khoa học và thành quả cũng chỉ có thể được tạo thành từ sự say mê, miệt mài ấy.

Bạn hãy tìm đọc câu chuyện về Archimedes và lí giải của ông giúp dẫn tới công thức tính độ lớn lực đẩy của chất lỏng lên vật.

Lời giải:

Câu chuyện về Archimedes và lí giải của ông giúp dẫn tới công thức tính độ lớn lực đẩy của chất lỏng lên vật.

Một ngày tháng tư năm 231 trước Công Nguyên, quốc vương Hieron triệu tập cuộc họp bất ngờ các quần thần:

- Hôm nay trẫm mời các khanh tới đây không phải là để thương thuyết bàn kế an trị quốc dân, cũng không phải để nghiên cứu đối sách với sự bành trướng của La Mã, mà mong các khanh giải quyết một vấn đề khó khăn làm trẫm rất đau đầu!

Quốc vương chỉ vào chiếc vương miện tỏa ra ánh vàng lấp lánh trên tay người hầu đứng bên mình, nói tiếp:

- Chiếc vương miện này mấy ngày trước đây là do trẫm giao 15 lạng vàng ròng cho thợ đúc thành. Tuy trọng lượng vẫn vậy nhưng trẫm hoài nghi tên thợ đó có thể lấy bớt một phần vàng, thế vào đó một kim loại nào đó. Cho nên, trẫm hi vọng các khanh có thể nghĩ ra cách gì hay kiểm tra xem thực hư ra sao, song nhất thiết không được làm hư hại cái vương miện này!

Lời quốc vương đã dứt. Các đại thần lo lắng nhìn nhau, chẳng ai cất nổi lên lời, họ đều cho rằng chẳng sao có thể làm nổi một việc như thế!

- Thưa bệ hạ theo ý thần trong thiên hạ chỉ có một người có thể giải quyết điều khó khăn làm bệ hạ băn khoăn!

- Ai vậy? - Quốc vương sốt ruột hỏi.

- Đó là Acsimet!

Quốc vương chợt nhớ ra: "Ở Syracut, mọi người nói là chẳng vấn đề khó nào mà Acsimet không giải đáp nổi sao? Giờ đây ngoài việc mời Acsimet tìm ra bí mật chiếc vương miện, hẳn trong nước chẳng tìm ra người thứ hai”. Thế là quốc vương ra lệnh cho người hầu:

- Truyền chỉ, triệu ngay Acsimet vào cung!

Acsimet vào triều. Nghe xong yêu cầu của quốc vương, biết rằng đây là một vấn đề rất khó giải quyết, Acsimet nói:

- Xin bệ hạ cho thần một ít ngày suy nghĩ, thử nghiệm.

Quốc vương Hieron đương nhiên là chấp nhận, bởi ông tin Acsimet.

Acsimet nhận chiếc vương miện đem theo về nhà. Chiếc vương niệm đẹp tuyệt vời đó đâu ngờ lại khiến ông đau đầu suy nghĩ đêm ngày.

Thời gian cứ ngày qua ngày trôi đi, Acsimet vẫn không tìm ra cách gì hữu hiệu. Ông gầy sọp đi, hai mắt hõm sâu, đôi lông mày luôn nhíu lại, quên đêm, quên ngày, ngồi trước bàn cát vẽ vẽ, xóa xóa, khiến người vợ của ông vô cùng lo lắng.

Đã 2 tháng trôi qua Acsimet vẫn chưa tìm ra kết quả nào! Một hôm vào sáng sớm, quốc vương Hieron giáng chỉ truyền Acsimet vào cung. Người vợ nhìn thấy chồng đầu tóc rối bời, tớp túa mồ hôi bèn khuyên chồng vào tắm ở bồn tắm.

Acsimet vừa đi vào bồn tắm vừa nghĩ ngợi, khi cởi bỏ quần áo, dìm mình trong bồn chứa đầy nước sạch, ý nghĩ ông vẫn tập trung ở việc “bí mật chiếc vương miện là ở chỗ nào? Làm sao tìm ra nó?”. Bỗng ông chú ý tới có một phần nước của bồn tắm trào ra khi ông dìm mình trong bồn tắm. Đột nhiên một ý nghĩ lóe lên trong đầu ông khiến ông hét tướng lên:

- Ơ rê ca! Ơ rê ca (Tìm thấy rồi! Tìm thấy rồi)

Và rồi ông nhảy ra khỏi bồn tắm, chạy vọt ra đường, mừng rỡ khôn tả. Mãi khi thấy người đi đường cứ chỉ chỉ trỏ trỏ,  ông mới tỉnh ra là trên người mình chẳng có gì, vội quay về nhà.

Một giờ sau, Acsimet ăn mặc chỉnh tề, đầu óc phấn chấn vào bái kiến quốc vương.

- Thưa bệ hạ thần đã tìm ra cách rất đơn giản để tìm ra bí mật của chiếc vương miện!

- Mau nói, mau nói! Quốc vương Hieron vui sướng giục. Khi đó Acsimet mới gọi người đưa tới 3 vật: một tảng sắt, một tảng vàng ròng, và chiếc vương miện. Cả 3 vật có trọng lượng bằng nhau. Ông lần lượt cho nhúng ngập chúng vào một chiếc bình được đổ đầy nước, và đo lượng nước 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.

Acsimet giải thích:

- Đáp án chính là đây! Chiếc vương miện không phải bằng toàn 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!

Lý lẽ đanh thép của Acsimet khiến tên thợ kim hoàn hết đường chối cãi, phải thú nhận là đã thay một lượng bạc vào để đúc chiếc vương miện.

Câu hỏi 8 trang 55 Vật Lí 10: So sánh lực đẩy Archimedes tác dụng lên cùng một vật khi nó ở hai vị trí (1) và vị trí (2) trong hình 2.11. Biết rằng ở (1) thì vật đang chuyển động lên trên, ở (2) thì vật đang nằm cân bằng trên mặt thoáng.

Lời giải:

Ta thấy:

- Ở (1) Vật đang chuyển động lên trên chứng tỏ độ lớn của lực đẩy Archimedes F_A lớn hơn trọng lượng P của vật.

- Ở (2) Vật đang nằm cân bằng trên mặt thoáng chứng tỏ độ lớn của lực đẩy Archimedes F_A bằng trọng lượng P của vật.

Suy ra: độ lớn của lực đẩy Archimedes F_A ở (1) lớn hơn độ lớn của lực đẩy Archimedes F_A ở (2).

Giải vật lí 10 trang 56 Cánh diều

Vận dụng 4 trang 56 Vật Lí 10: Đặt một cái bát bằng kim loại lên mặt nước như thế nào để nó nổi trên bề mặt?

Từ đó, rút ra nguyên tắc để chế tạo tàu, thuyền.

Lời giải:

- Cách đặt bát bằng kim loại để nó nổi trên mặt nước: Ta đặt sao cho phần thể tích của bát ở trên bề mặt nước là lớn nhất, tức là đặt phần đáy bát xuống mặt nước. Vì thể tích của bát lớn nên trọng lượng nước bị chiếm chỗ cũng lớn hơn và sức đẩy có được do nước cũng lớn, cho dù có thêm đồ vật trong bát vẫn nổi trên mặt nước.

- Nguyên tắc chế tạo tàu thuyền:

+ Tạo nhiều phần rỗng trên thuyền.

+ Tàu càng lớn, trọng lượng nước mà tàu chiếm chỗ càng lớn, sức đẩy mà tàu thu được cũng càng lớn.

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 1: Lực và gia tốc

Bài 3: Ba định luật Newton về chuyển động

Bài 4: Khối lượng riêng. Áp suất chất lỏng

Bài 5: Tổng hợp và phân tích lực

Lý thuyết Một số lực thường gặp

I. Vật chuyển động dưới tác dụng của các lực cân bằng và không cân bằng.

- Lực tác dụng lên vật gây ra biến dạng hoặc làm biến đổi chuyển động của vật đó.

- Hai lực nằm dọc theo một đường thẳng, ngược chiều, tác dụng vào cùng một vật và có độ lớn bằng nhau là hai lực cân bằng.

- Tác dụng của hai lực cân bằng lên vật triệt tiêu nhau. Ta nói lực tổng hợp của hai lực đó bằng không.

- Lực tổng hợp của các lực tác dụng lên vật được gọi là hợp lực.

II. Một số lực thường gặp

1. Trọng lực

a. Trọng lực và trọng lượng

- Trọng lực là lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên vật, đặt tại trọng tâm của vật và hướng thẳng đứng, chiều từ trên xuống.

- Trọng lượng là độ lớn của lực gây ra gia tốc rơi tự do của vật:$P=mg$ 

b. Trọng lượng và khối lượng.

- Khối lượng của vật càng lớn thì trọng lượng của vật càng lớn nên gia tốc rơi tự do là như nhau tại một vị trí xác định.

- Khối lượng của một vật không thay đổi khi vật di chuyển đến các vị trí khác nhau. Tuy nhiên trọng lượng của vật thay đổi ở các vị trí khác nhau, vì gia tốc ở các vị trí khác nhau là khác nhau.

2. Lực ma sát

- Lực ma sát là lực cản sự trượt hoặc lăn của vật này so với vật khác.

- Lực ma sát được chia thành: Lực ma sát trượt, lực ma sát lăn và lực ma sát nghỉ.

- Nếu một vật đang trượt trên bề mặt của một vật khác thì lực ma sát tác dụng ngược hướng với chuyển động trượt đó, đây là lực ma sát trượt.

- Nếu một vật đứng yên trên một bề mặt nhưng có xu hướng trượt theo một hướng nào đó thì lực ma sát sẽ tác dụng ngăn nó trượt theo hướng đó. Đây là lực ma sát nghỉ.

- Lực ma sát trượt gần như không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc.

- Lực ma sát trượt tỉ lệ với lực ép vuông góc giữa các bề mặt lại với nhau.

- Tỉ số độ lớn của lực ma sát trượt F_ms và độ lớn lực ép vuông góc N là không đổi:

$\mu =\frac{F_{ms}}{N}$

- Lực ma sát nghỉ khi vật bắt đầu trượt gọi là lực ma sát nghỉ cực đại: $F_{mst}\le F_{msncucdai}$

3. Lực cản của nước hoặc không khí.

- Khi một vật chuyển động trong môi trường không khí hoặc trong nước, có ma sát giữa bề mặt vật đó với môi trường.

- Vật dồn không khí hoặc nước ra xung quanh khi nó chuyển động.

$\Rightarrow$ Những hiệu ứng này tạo nên lực cản của môi trường lên vật chuyển động.

- Lực cản luôn ngược hướng và có tác dụng cản trở chuyển động của vật.

4. Lực đẩy Archimedes (Ác – xi – mét)

- Mỗi vật ở trong chất lỏng hoặc chất khí đều chịu một lực nâng hướng lên trên. Lực nâng này được gọi là lực Archimedes

- Điểm đặt của lực này ở phần vật nằm trong chất lỏng hoặc chất khí.

- Độ lớn lực đẩy Archimedes bằng trọng lượng của phần chất lỏng hoặc chất khí mà vật chiếm chỗ.

- Trạng thái nổi lên hay chìm xuống của vật ở trong nước phụ thuộc và chênh lệch độ lớn giữa trọng lực và lực đẩy Archimesdes tác dụng lên vật.

5. Lực căng dây

- Khi kéo căng một sợi dây thì trong sợi dây xuất hiện lực căng có phương dọc theo dây, chiều chống lại xu hướng bị kéo dãn.

- Lực đàn hồi của lò xo là lực căng của lò xo.