Giải SGK Vật Lí 10 Bài 6 (Cánh diều): Mômen lực. Điều kiện cân bằng của vật

Đỗ Thị Ngọc Ánh Ngày: 10-10-2024 Lớp 10

2.6 K

Lời giải bài tập Vật Lí lớp 10 Bài 6: Mômen lực. Điều kiện cân bằng của vật sách Cánh diều hay, chi tiết sẽ giúp học sinh dễ dàng trả lời câu hỏi Vật Lí 10 Bài 6 từ đó học tốt môn Lí 10.

Giải bài tập Vật Lí lớp 10 Bài 6: Mômen lực. Điều kiện cân bằng của vật

Video bài giảng Mômen lực. Điều kiện cân bằng của vật - Cánh diều

Giải vật lí 10 trang 71 Cánh diều

Mở đầu trang 71 Vật Lí 10: Khi dùng dụng cụ tháo bánh ô tô như hình 6.1, một người thợ học việc tác dụng hai lực cùng độ lớn và cùng hướng lên dụng cụ. Phép cộng vectơ hai lực đó cho kết quả khác 0 nhưng dụng cụ lại đứng yên. Vậy, tổng hợp lực của hai lực song song này được xác định như thế nào mà không làm dụng cụ chuyển động?

Khi dùng dụng cụ tháo bánh ô tô như hình 6.1, một người thợ học việc tác dụng hai lực cùng độ lớn

Lời giải:

Tổng hợp hai lực song song cùng chiều được xác định:

+ Độ lớn lực tổng hợp: $F_{h l} = F_{1} + F_{2} = 2 F$ (do 2 lực cùng độ lớn) đồng thời hợp lực có giá song song với giá của hai lực thành phần.

+ Điểm đặt của lực tổng hợp chia đoạn AC thành những đoạn theo tỉ lệ:

$\frac{F_{1}}{F_{2}} = \frac{A B}{B C}$ mà $F_{1} = F_{2} \Rightarrow A B = B C$

+ Khi đó lực tổng hợp đi qua điểm B nằm trên trục quay nên không có tác dụng làm dụng cụ chuyển động.

I. Tổng hợp lực song song

Câu hỏi 1 trang 71 Vật Lí 10: Hãy thảo luận để thiết kế thí nghiệm và tiến hành kiểm chứng công thức (1)

$\frac{O O_{1}}{O O_{2}} = \frac{F_{2}}{F_{1}}$

Lời giải:

- Dụng cụ:

+ Bảng thép (1)

+ Hai lò xo xoắn chịu được lực kéo tối đa là 5 N, dài khoảng 60 mm (2)

+ Thanh treo nhẹ, cứng, dài 400 mm. Trên thanh có gắn thước và ba con trượt có gắn móc treo (3).

+ Các quả nặng có khối lượng bằng nhau 50 g (4)

+ Hai đế nam châm để gắn lò xo (5)

+ Giá đỡ có trục 10 mm, cắm lên đế ba chân (6)

+ Bút dùng để đánh dấu.

Hãy thảo luận để thiết kế thí nghiệm và tiến hành kiểm chứng công thức (1)

- Tiến hành thí nghiệm

+ Gắn hai đế nam châm lên bảng thép, sau đó treo thanh kim loại lên hai đế nam châm bằng lò xo.

+ Treo các quả nặng vào hai con trượt có gắn móc treo lên thanh kim loại.

Hãy thảo luận để thiết kế thí nghiệm và tiến hành kiểm chứng công thức (1)

+ Dùng bút dạ đánh dấu vị trí thanh và vị trí A, B lên bảng thép. Ghi lại giá trị trọng lượng F₁ và F₂ và độ dài AB vào bảng 1.

+ Tháo các quả nặng và móc tất cả quả nặng đã dùng vào một móc treo trên thanh kim loại.

+ Điều chỉnh con trượt sao cho vị trí của thanh kim loại trùng với vị trí ban đầu đã được đánh dấu.

Hãy thảo luận để thiết kế thí nghiệm và tiến hành kiểm chứng công thức (1)

+ Ghi các giá trị F tương ứng với trọng lượng các quả nặng vào bảng 1

Lần	F₁ (N)	F₂ (N)	AB	F	OA_tn	OA_lt
1
2
3

Bảng 1

+ Đo và ghi giá trị độ dài OA_tn từ điểm O treo các quả nặng tới A vào bảng 1

+ Lặp lại thí nghiệm nhiều lần để ghi các giá trị

+ Tính giá trị OA_lt theo lí thuyết bằng công thức

$\frac{F_{1}}{F_{2}} = \frac{d_{2}}{d_{1}} = \frac{O B}{O A_{l t}} = \frac{A B - O A_{l t}}{O A_{l t}}$ điền vào bảng 1

- Kết quả:

Lần	F₁ (N)	F₂ (N)	AB (mm)	F (N)	OA_tn	OA_lt
1	1	1,5	30	2,5	17,8	18
2	1,5	3	30	4,5	21,1	20
3	2	2	30	4	14,9	15

+ Từ các số liệu chứng minh được $\frac{F_{1}}{F_{2}} = \frac{d_{2}}{d_{1}} = \frac{O B}{O A_{l t}} = \frac{A B - O A_{l t}}{O A_{l t}}$ hay công thức tổng quát $\frac{O O_{1}}{O O_{2}} = \frac{F_{2}}{F_{1}}$ với O, O₁, O₂ lần lượt là điểm đặt của các lực F, F₁, F₂.

Giải vật lí 10 trang 72 Cánh diều

Câu hỏi 2 trang 72 Vật Lí 10: Số quả cân phải treo tại O trong hình 6.3 là bao nhiêu để công thức (1) được nghiệm đúng?

Số quả cân phải treo tại O trong hình 6.3 là bao nhiêu để công thức (1) được nghiệm đúng?

Lời giải:

Số quả cân cần phải treo tại O là 5 quả. Mỗi quả cân có khối lượng bằng nhau và bằng m.

Vì ở vị trí O₁ được treo 3 quả cân ứng với lực F₁ = P₁ = 3mg

Ở vị trí O₂ được treo 2 quả cân ứng với lực F₂ = P₂ = 2mg

Theo công thức tổng hợp hai lực song song, cùng chiều, lực tổng hợp có độ lớn:

F = F₁ + F₂ = 5mg ứng với 5 quả cân.

Để công thức (1) $\frac{O O_{1}}{O O_{2}} = \frac{F_{2}}{F_{1}}$ được nghiệm đúng.

Thực hành trang 72 Vật Lí 10: Thảo luận để đề xuất, thiết kế phương án và thực hiện phương án tổng hợp hai lực song song bằng dụng cụ thực hành.

Hình 6.3 mô tả một phương án thí nghiệm minh họa quy tắc tổng hợp hai lực song song.

Thảo luận để đề xuất, thiết kế phương án và thực hiện phương án tổng hợp hai lực song song

Một thước cứng, mảnh, đồng chất được treo bởi hai sợi dây đàn hồi. Hai lực thành phần F₁, F₂ có độ lớn bằng trọng lượng các quả cân treo vào O₁, O₂ làm cho dây treo thanh giãn ra và thanh nằm cân bằng tại vị trí đánh dấu bởi đường CD.

Thay hai lực F₁, F₂ bằng lực F do một chùm quả cân treo tại O sao cho thước vẫn nằm cân bằng tại vị trí đã đánh dấu thì lực F là hợp lực của hai lực F₁ và F₂.

Tiến hành thí nghiệm để xác định hợp lực F của hai lực thành phần. Kết quả thực hiện được ghi theo mẫu sau:

Bảng 6.1. Mẫu bảng ghi số liệu tổng hợp hai lực song song

Lần đo	OO₁	OO₂	F₁	F₂	F
1	?	?	?	?	?
2	?	?	?	?	?
3	?	?	?	?	?

Lời giải:

Tham khảo bảng kết quả:

Lần đo	OO₁	OO₂	F₁	F₂	F
1	24	16	6	9	15
2	22	18	4	5	9
3	20	20	8	8	16

Vận dụng 1 trang 72 Vật Lí 10: Cho vật là miếng bìa phẳng như hình 6.4. Hãy vận dụng quy tắc tổng hợp hai lực song song, cùng chiều để xác định trọng tâm của vật. Nghiệm lại bằng phương án xác định

Lời giải:

Chia miếng bìa phẳng thành 2 phần như hình dưới. Dễ dàng xác định được trọng tâm G1 và G2 cho mỗi phần (chính là đường chéo của hình chữ nhật).

Cho vật là miếng bìa phẳng như hình 6.4. Hãy vận dụng quy tắc tổng hợp hai lực song song

Phần lớn chịu tác dụng của trọng lực $\vec{P_{1}}$ , phần nhỏ chịu tác dụng của trọng lực $\vec{P_{2}}$ như hình vẽ, hợp lực của hai lực $\vec{P_{1}}$ và $\vec{P_{2}}$ là trọng lực $\vec{P}$ của vật phẳng, điểm đặt tại trọng tâm G như hình vẽ được xác định bằng quy tắc tổng hợp hai lực song song, cùng chiều.

Kiểm tra lại bằng phương án xác định trọng tâm của vật phẳng.

Cho vật là miếng bìa phẳng như hình 6.4. Hãy vận dụng quy tắc tổng hợp hai lực song song

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

Bài 5: Tổng hợp và phân tích lực

Bài tập chủ đề 2

Bài 1: Năng lượng và công

Bài 2: Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

Lý thuyết Mômen lực. Điều kiện cân bằng của vật

I. Tổng hợp lực song song.

- Hợp lực của hai lực song song, cùng chiều là một lực song song, cùng chiều với hai lực ấy và có độ lớn bằng tổng các độ lớn của hai lực thành phần:

$F = F_{1} + F_{2}$

- Điểm đặt O của F chia đoạn thẳng nối điểm đặt O₁, O₂của F₁, F₂ thành những đoạn thẳng tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực ấy:

$\frac{O O_{1}}{O O_{2}} = \frac{F_{2}}{F_{1}}$

- Sử dụng quy tắc tổng hợp lực song song, cùng chiều co thể giúp xác định được trọng tâm của một vật.

II. Mômen lực.

- Đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của một lực là mômen của nó. Mômen M của một lực được tính bằng tích độ lớn của lực với khoảng cách từ trục quay đến đường thẳng trùng với phương của lực (giá của lực):

$M = F . d$

- Đơn vị của mômen lực là Niutơn.mét (N.m)

Mômen sinh ra do lực của người thợ tác dụng lên cờ lê

- Lực có giá đi quay trục quay thì không có tác dụng làm quay vật.

III. Ngẫu lực. Mômen ngẫu lực

- Để tạo thành một ngẫu lực, hai lực phải:

+ Tác dụng vào cùng một vật.

+ Song song, nhưng ngược chiều.

+ Có giá cách nhau một khoảng d

+ Bằng nhau về độ lớn: F₁ = F₂ = F

- Ngẫu lực chỉ có tác dụng làm quay vật.

- Tác dụng làm quay của cặp lực này được gọi là mômen của ngẫu lực và có thể tính được bằng tổng các mômen của mỗi lực đối với trục quay. Kết quả tính mômen của ngẫu lực bằng:

$M = F . d$

- Kết quả tính mômen của một lực thì phụ thuộc vào vị trí trục quay.

- Giá của lực càng xa trục thì mômen càng lớn.

- Mômen của ngẫu lực thì chỉ phụ thuộc vào khoảng cách giữa giá của hai lực, không phụ thuộc vào điểm đặt của mỗi lực tác dụng hay vị trí trục quay của vật.

Ví dụ về ngẫu lực

IV. Điều kiện cân bằng của vật.

1. Quy tắc mômen lực

- Một vật có trục quay cố định sẽ cân bằng khi tổng các mômen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ bằng với tổng các mômen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.