SGK Vật Lí 10 - Bài 17. Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và của ba lực không song song
Cân bầng của một vật chịu TÁC DỤNG CỦA HAI Lực VÀ CỦA BA LỰC KHÔNG SONG SONG Trong đời sống và kĩ thuật chúng ta thường gặp những vật rắn. Đó là những vật có kích thước đáng kể và hầu như không bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực. Việc xét sự cân bằng cúa vật rắn mang lại những kết quả có ý nghĩa thực tiễn to lớn. * •c I - CÀN BẰNG CỦA MỘT VẬT CHỊU TÁC DỤNG. CỦA HAI LỰC H Có nhận xét gì về giá của hai lực P-I và F2 khi vật đứng yên ? Thí nghiệm Thí nghiệm được bố trí như ở Hình 17.1. Vật là một chiếc vòng hay một miếng bìa cứng và nhẹ. Hai ròng rọc có trục quay nằm ngang và song song với nhau. Thí nghiệm cho thấy, vật đứng yên nếu hai trọng lượng Pj và P2 bằng nhau và nếu hai dây buộc vào vật nằm trên cùng một đường thẳng. Hai dây này cụ thể hoá giá của hai vectơ lực ĩ\ và F2. Điều kiện cân bằng ’ ' Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai life trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cìiug^^ỉ cùng độ lớn yà ngược chiều. .1.«^ ^1 = “A 7 07-1) 4Ệ. .. « Xv re Em hãy làm như Hình 17.3 và cho biết trọng tâm của thước dẹt ở đâu. Cách xác đính trọng tâm của một vật phẳng, mỏng bằng phuong pháp thục nghiệm Như đã biết, trọng tâm là điểm đặt của trọng lực của vật. Dựa vào điều kiện cân bằng trên đây, ta có thể đưa ra cách xác định trọng tâm của vật phẳng, mỏng như sau : Buộc dây vào một lỗ nhỏ A ở mép của vật rồi treo nó lên (Hình 17.2). Vật đứng yên dưới tác dụng của hai lực cân bằng : trọng lực của vật đặt tại trọng tâm và lực căng của dây đặt tại điểm A. Do đó, trọng tâm của vật phải nằm trên đường kéo dài của dây treo, tức là đường AB trên vật. Sau đó, buộc dây vào một điểm khác c ở mép vật rồi treo vật lên. Khi ấy, trọng tâm phải nằm' trên đường CD. Như vậy, trọng tâm G là giao điểm của hai đường thẳng AB và CD. Thí nghiệm còn cho thấy, trọng tâm G của các vật phảng, mỏng và có dạng hình học đối xứng nằm ở tâm đối xứng của vật (Hình 17.4). G9 Hình 17.4 97 7. VẬT LÍ 10- A Có nhận xét gì về giá của ba lực ? Hình 17.6 98 - CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CHỊU TÁC DUNG CỦA BA LỤC KHỔNG SONG SONG Thí nghiệm Dùng hai lực kế (gắn vào bảng sắt) treo một vật phẳng mỏng, có trọng lượng p và trọng tâm G đã biết. Hai lực kế cho biết độ lớn của hai lực căng, còn hai dây cho biết giá của hai lực đó (Hình 17.5). Dùng một dây dọi đi qua trọng tâm để cụ thể hoá giá của trọng lực. 33 Thí nghiệm cho thấy, giá của ba lực cùng nằm trong một mặt phẳng. Dùng một cái bảng để cụ thể hoá mặt phẳng và vẽ trên bảng ba đường thẳng biểu diễn giá của ba lực. Ta nhận thấy, ba giá đồng quy tại một điểm. Vẽ trên bảng ba vectơ Fị, F2 và P (Hình 17.6a) theo một tỉ xích quy ước rồi trượt các vectơ lực trên giá của chúng đến điểm đồng quy ơ, ta được hệ ba lực cân bằng giống như ở chất điểm (Hình 17.6b). Quy tắc tổng hợp hai lục có giá đồng quy Muốn tổng hợp hai lực có giá đồng 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 bình hành để tìm hop lực. Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lục không song song Muốn cho một vật chịu tác dụng của ba lực/ị, F2, F3 không song song ở trạng thái cân bằng thì: Ba lực đó phải có giá đồng phẳng và đổng quy ; Họp lực của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba. ^+F2 = -F3 (17.2) Ví dụ : Một quả cầu đồng chất có trọng lượng 40 N được treo vào tường nhờ một sợi dây (Hình 17.7). Dây làm với tường một góc a = 30°. Bỏ qua ma sát ở chỗ tiếp xúc của quả cầu với tường. Hãy xác định lực căng của dây và lực của tường tác dụng lên quả cầu. Giải : Quả cẩu chịu tác dụng của ba lực : Trọng lực p, lực căng T của dây và lực N của tường. Do bỏ qua ma sát nên lực N vuông góc với tường. Vì quả cầu đứng yên nên ba lực này phải đồng phẳng và đồng quy tại tâm o của quả cầu (Hình 17.8a). Ta trượt ba lực ưên giá của chúng đến điểm đồng quy, rồi thực hiện phép 'tổng hợp lực như đã làm đối với chất điểm. Từ các tam giác lực (Hình 17.8b), ta có: N = Ptana = 40tan30° — 23 N. T =; 2N* 46 N. Điều kiện cân bằng cùa một vật chịu tác dụng của hai lục là hai lục đó phải cùng giá, cùng độ lớn và nguọc chiểu. Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lục không song song: Ba lục đó phải có giá đổng phẳng và đồng quy. Họp lục cùa hai lục phải cân bằng với lục thứ ba. Quy tắc tổng họp hai lục có giá đồng quy : Muốn tổng họp hai lục có giá đồng quy, truóc hết ta phải truọt hai vecto lục đó trên giá cùa chúng đến điểm đồng quy, rồi áp dụng quy tắc hình bình hành để tìm họp lục. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Phát biểu điều kiện cân bằng của một vật rắn chịu tác dụng của hai lực. Trọng tâm của một vật là gì ? Trình bày phương pháp xác định trọng tâm của vật phẳng, 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. Điếu kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song là gì ? ỹ Một vật có khối lượng m = 2 kg được giữ yên trên một mặt phẳng nghiêng bởi một sợi dây song song với đường dốc chính (Hình 17.9). 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 phẳng nghiêng lên vật. và lấy g = 10 m/s2. Hỏi áp lực của quả cầu lên mỗi mặt phẳng đỡ bằng bao nhiêu ? B. 28 N ; D. 1,4 N. A. 20 N ; c. 14N; 7. Hai mặt phẳng đỡ tạo với mặt phẳng nằm ngang các góc a = 45°. Trên hai mặt phẳng đó người ta đặt một quả cầu đồng chất có khối lượng 2 kg (Hình 17.10). Bỏ qua ma sát 8. Một quả cầu đồng chất có khối lượng 3 kg được treo vào tường nhờ một sợi dây. Dây làm với tường một góc a = 20° (Hình 17.11). Bỏ qua ma sát ở chỗ tiếp xúc của quả cẩu với tường, lấy g = 9,8 m/s2. Lực căng T của dây là bao nhiêu ? A. 88 N ; B. 10 N ; c. 28 N ; D. 32 N. Hình 17J1 1OO