Giải bài tập Vật lý 10 Bài 17: Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và của ba lực không song song
Chuong III. CAN BẰNG VÀ CHUV€N ĐỘNG CỦA VẠT AAN §17. CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CHỊU TÁC DỤNG CỦA HAI Lực VÀ CỦA BA Lực KHÔNG SONG SONG A. KIẾN THỨC Cơ BẢN Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực Điều kiện cân bằng Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải củng giá, cùng độ lớn và ngược chiều. Xác định trọng tâm của một vật phẳng, mỏng Trường hợp vật phẳng, mỏng có dạng hình học xác định thì trọng tâm trùng với tâm hình học của vật. Trường hợp vật phẳng, mỏng có dạng bất kì, có thể xác định bằng thực nghiệm: Treo vật 2 lẩn bằng dây mảnh với các điểm buộc dây khác nhau, trọng tâm của vật là giao điểm của 2 đường thẳng vẽ trên vật, chứa dây treo trong hai lần treo đó. II. Cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song Quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy Muốn tổng hợp hai lực có giá dồng quy tác dụng lên một vật rắn, trước hết ta phải trượt hai vectơ lực đó trên giá của chúng đến điểm đồng quy, rồi áp dụng quy tắc hình binh hành để tìm hợp lực. Điểu kiện cân bằng của một vật chịu 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 đó phải có giá đồng phẳng và dồng quy; Hợp lụ'c của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba. F, + Ệ, = - F3 B. HOẠT ĐỘNG C1. Cỏ nhận xét gì về phương của hai dây khi vật đứng yên? Hình 17.1 C2. Em hãy làm như hình 17.2 và cho biết trọng tâm của thước dẹt ở đâu. C3. Có nhận xét gì về giá của ba lực ở hình 17.3? c. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Phát biểu điều kiện cân bằng của một vặt rắn chịu tác đụng của hai lực. Trọng tâm của một vật là gì? Trình bày phựơng pháp xác định trọng tâm của vật phăng, mỏng bằng thực nghiệm. Cho biết trọng tâm của một số vật đồng chất và có dạng hình học đối xứng. Phát biểu quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy. Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song là gì? Một vật có khôi lượng m = 2 kg được giữ yên trên một mặt phắng nghiêng bởi một sợi dây song song với đường dốc chính (Hình 17.4). Biết góc nghiêng a = 30°, g = 9,8 m/s2 và ma sát là không đáng kể. Hãy xác định: lực căng của dây; phản lực của mặt phảng nghiêng lên vật. Hình 17.4 Hai mặt phẵng đỡ tạo với mặt phẵng nằm ngang các góc a = 45°. Trên hai mặt phăng đó người ta đặt một quả cầu đồng chất có khối lượng 2 kg (Hình 17.5). Bỏ qua ma sát và lấy g = 10 m/s2. Hỏi áp lực của quả cầu lên mỗi mặt phăng đỡ bằng bao nhiêu? A. 20 N; B. 28 N; c. 14 N; D. 1,4 N. Hình 17.5 Một quả cầu đồng châ't có khôi lượng 3kg được treo vào tường nhờ một sợi dây. Dây làm với tường một góc a = 20° (Hình 17.6). Bỏ qua ma sát ở chỗ tiếp xúc của quả cầu vởi tường, lâ’y g = 9,8m/s2. Lực căng của dây là: A. 88 N B. 10 N C. 28 N D. 32 N Hỉnh 17.6 LỜI GIẢI Hoạt động Cl. Hai đoạn dây nằm ngang thuộc cùng một đường thắng. C2. Đặt thước lên dầu một ngón tay sao cho thước nằm cân bàng thì điếm đặt đầu ngón tay là trọng tàm của thước. C3. Giá cùa ba lực đều thuộc mặt phắng chúa tấm bìa nên ba giá đồng phăng. Câu hỏi và bài tập Học. sinh xem trang 96 SGK. Trọng tâm của một vật là điểm đặt cùa trọng lực tác dụng lên vạt đo. Nếu vật có tâm đối xứng thì trọng tàm a b trùng với tâm đối xứng. Nếu vật móng phắng không có tâm dối xứng till ta xác định trọng tàm G như sau: Treo vật lần 1: (Hình a): Vạch giá của trọng lực p dọc theo dâj' treo. Treo vật lần 2: (Hình bl: Vạch giá của trọng lực p dọc theo dây treo giao điểm cua hai giá là G. - Hình tròn, hình cầu: G = G. Hỉnh 17 7 Tam giác: G lâ giao diêm ba dường trung tũyến. Hình bình hành: G là giao điếm.của hai đường chéo. Hình hộp chữ nhật: G là giao điềm của hai đường chéo thuộc một mặt phăng đường chéo. Hình trụ: G là giao diêm của trục hình trụ với tiêt diện thang cách đều hai đáy. Học sinh xem trang 98 SGK. Học sinh xem trang 98 SGK. Bổ qua ma sát nghi thì vật cân bằng dưới tác dụng cùa ba lực dồng phẵng đồng quy: p , N , p Điều kiện càn bang của vật T + N + P =. Ó « T + NI = - p Hình bình hành vectơ là hình chữ nhật nên có: T = Psiinx - mgsin 30"= 2.9,8.0,5 T = 9’8 N Hình 17.s 17 (N) N = Pcosa = mgcos(30") = 2.9,8. Quả cầu cân bàng dưới tác dụng cua ba lực đồng quy trọng lực p đặt tại G Phàn lực của giá đõ' tại A: n'a ; Niỉ có giá vuông góc mặt tiếp xúc và qua G. Trượt Na, N|( tới G ta có điều kiện cân bàng: Na + Nii + P =.Ó Na + Nr, = p Hình bình hành vecto' là hình vuông góc có đường chéo vuông góc với “mặt phang" mặt đất Hình 17.í) nên N,\ = N|| = ị-- = -l-~ - = 11)72 (N). 72 72 72 Theo định luật ĨII Niu-tơn ta có áp lực cua quả cầu lên: Giá đõ' trái: N,\'- N,\= loTỖ N Giá dỡ phải: Nir= N|Ì= io72 N. Quả cầu cân bang dưới tác dụng của ba lực có giá trị dồng quy tại G: p . N , T . Trượt T , N vè G ta được bộ như hình vẽ Điều kiện cân bằng: p + N + T =0 p + N = T Hình bình hành vectơ là bình chữ nhật nôn p mg 3.9,8 Lực căng: T ■= _ O ■ 2 cosu cos20' 31,3 (N)