Your browser is no longer supported. Update it to get the best YouTube experience and our latest features. Learn more
Xem thêm các sách tham khảo liên quan:
Giải Bài Tập Vật Lí 10 – Bài 20 : Các dạng cân bằng. Cân bằng của một vật có mặt chân đế giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:
C1. [ trang 104 sgk Vật Lý 10]: Hãy xác định mặt chân đế của khối hộp ở các vị trí 1, 2, 3, 4.
Trả lời:
Vị trí 1: Mặt chân đế là mặt cắt AB [mặt ABA‘B‘]
Vị trí 2: Mặt chân đế là mặt cắt AC [mặt ACA‘C‘]
Vị trí 3: Mặt chân đế là cạnh AD [mặt ADA‘D‘]
Vị trí 4: Mặt chân đế là cạnh AA‘
Với A‘, B‘, C‘, D‘ là các điểm ứng với A, B, C , D ở trên hình hộp.
C2. [ trang 104 sgk Vật Lý 10]: Hãy trả lời các câu hỏi ở phần mở bài.
Trả lời:
+ Khi chất trên nóc ô tô nhiều hàng, sẽ làm cho trọng tâm của toàn bộ ô tô nâng cao hơn, giá của trọng lực sẽ dễ đi ra ngoài mặt chân đế khi ô tô qua chỗ đường nghiêng, do đó ô tô dễ bị lật.
+ Ở con lật đật, trọng tâm nằm gần sát mặt đáy. Toàn bộ khối lượng của con lật đật coi như tập trung ở trọng tâm, do đó không lật đổ được con lật đật.
Lời giải:
– Cân bằng không bền: Trọng tâm của vật nằm cao hơn trục quay. Khi vật bị lệch ra khỏi vị trí cân bằng thì không tự trở về trạng thái ban đầu được.
– Cân bằng bền: Trọng tâm của vật ở thấp hơn trục quay. Vật luôn có thể tự trở về trạng thái cân bằng ban đầu được.
– Cân bằng phiếm định : Trục quay đi qua trọng tâm của vật. Vật cân bằng ở mọi vị trí.
Lời giải:
– Tùy vị trí trọng tâm của vật cao hơn, thấp hơn hay bằng với trục quay mà ảnh hưởng quyết định đến dạng cân bằng của vật: Trọng tâm cao hơn trục quay, vật cân bằng không bền, thấp hơn trục quay vật cân bằng bền, trục quay đi qua trọng tâm vật cân bằng phiếm định.
– Trọng tâm càng thấp, diện tích mặt chân đế càng rộng thì mức vững vàng của vật càng cao.
Lời giải:
Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế [hay trọng tâm “rơi ” trên mặt chân đế]. Muốn tăng mức vững vàng của vật có mặt chân đế thì hạ thấp trọng tâm vật và tăng diện tích mặt chân đế của vật.
a] Nghệ sĩ xiếc đang đứng trên dây [Hình 20.7].
b] Cái bút chì được cắm vào con dao nhíp [Hình 20.8].
c]quả cầu đồng chất trên một mặt có dạng như Hình 20.9.
Lời giải:
a] Cân bằng không bền. Vì khi trọng tâm của nghệ sĩ xiếc bị lệch khỏi vị trí cân bằng, nó sẽ không trở về vị trí cũ nữa.
b] Cân bằng bền. Vì trọng tâm của hệ lúc này đặt gần sát ngón tay nên nếu đẩy nhẹ bút chì lệch một ít thì nó vẫn trở về được vị trí cân bằng ban đầu.
c] Quả cầu trên cao: Cân bằng không bền. Vì nếu đẩy nhẹ quả cầu ra thì nó sẽ lăn xuống dưới, không trở về vị trí cân bằng ban đầu được.
Quả cầu bên trái: Cân bằng phiếm định. Vì nếu đẩy quả cầu ra vị trí mới thì nó thiết lập vị trí cân bằng ngay tại đó, khác vị trí lúc đầu.
Quả cầu bên phải: Cân bằng bền. Vì khi cho quả cầu lệch khỏi vị trí cân bằng thì nó lăn trở lại vị trí cân bằng ban đầu.
a] Đèn để bàn.
b] Xe cần cẩu.
c] Ô tô đua.
Lời giải:
a] Chân đèn phải nặng và mặt chân đế rộng.
b] Xe phải rất nặng và phải có mặt chân đế rất rộng bằng cách bố trí các cánh tay và điểm tựa di động.
c] Ô tô đua phải có trọng tâm thấp, mặt chân đế rộng.
Lời giải:
Khi chở thép, trọng tâm của cả xe và hàng là thấp nhất trong các trường hợp đã cho, nên mức vững vàng của xe lớn hơn, xe khó bị đổ nhất.
Khi chở vải, vì vải nhẹ nên với cùng khối lượng với thép và gỗ thì kích thước thùng hàng vải là lớn nhất làm cho trọng tâm của xe và hàng cao nhất trong các trường hợp. Do đó xe dễ bị đổ nhất.
Bài 20. Các dạng cân bằng. Cân bằng của một vật có mặt chân đế
Có ba dạng cân bằng là cân bằng bên, cân bằng không bền và cân bằng phiếm định.
1. Cân bằng không bền
Chọn một thước có một trục quay nằm ngang xuyên qua một lỗ O ở một đầu thước. Đặt thước đứng yên ở vị trí thẳng đứng. Khi ấy, trọng lực có giá đi qua trục quay nên không gây ra momen quay. Nhưng giữ thước ở vị trí cân bằng này rất khó, vì chỉ cần làm thước lệch đi một chút thôi, thì lập tức trọng lực gây ra một momen làm thước quay ra xa vị trí cân bằng. Dạng cân bằng như vậy gọi là cân bằng không bền. Một vật bị lệch ra khỏi vị trí cân bằng không bền thì không thể tự trở về được vị trí đó.
2. Cân bằng bền
Nếu đặt thước đứng yên ở vị trí như ở hình trên thì thấy rằng không dễ gì làm cho thước rời khỏi vị trí cân bằng này. Thật vậy, nếu thước bị lệch khỏi vị trí cân bằng này thì trọng lực gây ra momen làm thước quay trở về vị trí đó. Dạng cân bằng như vậy gọi là cân bằng bền.
3. Cân bằng phiếm định
Chọn một thước có trục quay nằm ngang đi qua trọng tâm của nó. Khi ấy, thước đứng yên tại mọi vị trí, vì trọng lực có điểm đặt tại trục quay nên không gây ra momen quay. Dạng cân bằng này gọi là cân bằng phiếm định.
Nguyên nhân nào đã gây nên các dạng cân bằng khác nhau ? Đó là vị trí của trọng tâm của vật. Ở dạng cân bằng không bền, trọng tâm ở vị trí cao nhất so với các vị trí lân cận. Ở dạng cân bằng bền, trọng tâm ở vị trí thấp nhất so với các vị trí lân cận. Còn ở dạng cân bằng phiếm định, vị trí trọng tâm không thay đổi hoặc ở một độ cao không đổi.
II. CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ MẶT CHÂN ĐẾ
1. Mặt chân đế là gì?
Là hình đa giác lồi nhỏ nhất bao bọc tất cả các diện tích tiếp xúc.
2. Điều kiện cân bằng
Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế [hay trọng tâm “rơi” trên mặt chân đế].
3. Mức vững vàng của cân bằng
Mức vững vàng của cân bằng được xác định bởi độ cao của trọng tâm và diện tích của mặt chân đế.
Muốn tăng múc vững vàng của vật có mặt chân đế thì hạ thấp trọng tâm và tăng diện tích mặt chân đế của vật.
Xem thêm Giải Vật lý 10: Bài 20. Các dạng cân bằng. Cân bằng của một vật có mặt chân đế
§20. CÁC DẠNG CÂN BẰNG. CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ MẶT CHÂN ĐẾ A. KIẾN THỨC Cơ BẢN Các dạng cân bằng Khi cân bằng, vặt có thể ở một trong ba trạng thái cân bằng, đó là: cân bằng bển, cân bằng không bền và cân bằng phiếm định. Khi vật bị lệch ra khỏi vị tri cân bằng mà vặt không tự trỏ' vể vị tri cân bằng ban dầu thì cân bằng này gọi là cân bằng không bển Khi vặt bị lệch ra khỏi vị trí cân bằng mà tụ quay vế được vị tri ban đấu thi gọi là cân bằng bển. Khi vật bị lệch ra khỏi vị tri cân bằng, sau dó nó thiết lặp ngay vị trí cãn bằng mới gọi là cân bằng phiếm định. Cân bằng của một vật có mặt chân đế Mật chân đế Có 'những vật tiếp xúc với mặt phẳng đỡ chúng bằng cả một mặt đáy, nhu' cốc nước đặt trên bàn, hòm gỗ đặt trên sàn nhà ... Khi ấy, mặt chân đế là mặt đáy của vật. Có những vật tiếp xúc với mặt đỡ chỉ ỏ' một số diện tích rời nhau, nhu bàn, ghế, ôtô .... Khi ấy mặt chân đế là hình đa giác lổi nhỏ nhất bao bọc tất cả các diện tích tiếp xúc đó. Điếu kiện cân bằng Điều kiện cân bàng của một vật có mặt chân đế là giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế [hay là trọng tàm "rói" trẽn mặt chân đế]. Mức vững vàng của cân bằng Mức vững vàng của càn bàng được xác định bởi độ cao của trọng tàm và diện tích của mặt chân dế. Trọng tâm của vặt cảng cao và diện tích của mặt chán đế càng nhỏ thi vật càng dễ bị lật đổ và ngược lai. B. HOẠT ĐỘNG C1. Hãy xác định mặt chân đê' của khối hộp ở các vị trí 1,2, 3, 4. [Hình 20.1] C2. Hãy trả lời hai câu hỏi ở phẩn mở bài. o 3 4 Hình 20.1 c. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Thế nào là dạng cân bằng bền [CBB]? Không bền [CBKB]? Phiếm định [CBPĐ]? VỊ trí trọng tâm của vật có vai trò gì đốỉ với mỗi dạng cân bằng? 4. Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là gì? Hãy chỉ rõ dạng cân bằng của: Nghệ sĩ xiếc đang đứng trên dây [Hình 20.3]. Cái bút chì được cẩm vào con dao nhíp [Hình 20.4]. Quả cầu đồng châ't' trên một mặt có dạng như hình 20.5. Hỉnh 20.5 Người ta đã làm thế nào để thực hiện được mức vững vàng cao của trạng thái cân bằng ở những vật sau đây? a] Đèn để bàn. b] Xe cần cấu. c] 0 tô đua. Một xe tải lần lượt chở các vật liệu sau với khôi lượng bằng nhau: thép lá, gỗ và vải. Trong trường hợp nào thì xe khó bị đổ nhất? Dễ bị đổ nhất? D. LỜI GIẢI Hoạt động Cl. Ở vị trí 1: Mặt chân đế là mặt AB. Ở vị trí 2: Mặt chân đế lậ mặt AC. Ở vị trí 3: Mặt chân đế là mặt AD. Ở vị trí 4: Mặt chân đế là cạnh A. C2. - Ô tô chất nhiều hàng trên nójc thì trọng tâm G của ô tô bị nâng cao lên. Khi chạy ở chỗ đường nghiêng thì diện tích mặt chân đế của ô tô lại bị thu hẹp. Vì hai lí do trên mà giá của trọng tâm đi qua mặt chân đế ở gần mép mặt chân đế nên ô tô dễ bị đổ. - Ớ đáy con lật đật được gắn một khôi chì nặng nên trọng tâm G của lật đật ở sát mặt đỡ [rất tháp], vì vậy nó không thể rơi ra ngoài mặt chân đế nên con lật đật không thể đổ được. • Câu hỏi và bài ỉập - Dạng CBB là dạng cân bằng mà nếu vật lệch khỏi vị trí cân bằng thì trọng lực gây mômen lực đưa vật về vị trí đó. Dạng CBKB là dạng cân bằng mà nếu vật lệch khỏi vị trí cân bằng thì mômen trọng lực không thể đưa vật về vị trí đó được. Dạng CBPĐ là dạng cân bằng mà trọng tâm của vật có cô' định hoặc G có độ cao không đổi. - Với dạng CBB và CBKB thì trọng tâm của vật càng thâ'p mức vững vàng của cân bằng càng cao. Với dạng CBPĐ thì vị trí của G không ảnh hửởng gì tới mức vững vàng của cân bằng. Học sinh xem trang 109 SGK. a] CBKB. [Vì nếu lệch khỏi vị trí này thì mômen trọng lực làm người ngã]. CBB. [Vì nếu dao lệch khỏi vị trí này thì mômen trọng lực lại đưa dao về vị trí â'y]. Quả cầu bên trái: CBPĐ Quả cầu ỗ giữa: CBKB Quả cầu bên phải: CBB a] Đê nặng, mặt chân đế rộng, chao đèn nhẹ, cần đèn nhẹ và không quá dài [để có trọng tâm thấp và không thể rơi ra ngoài mặt chân đế khi ta nâng hạ cần đèn]. Thân xe có khôi lượng rất lớn, xe có mặt chân đế rộng, cần cẩu nhẹ và dài vừa phải [để khi cẩu hàng, trọng tâm vẫn không thể rơi ra ngoài mặt chân đế]. o tô đua phải có mặt chân đế rộng, trọng tâm thấp. Với khổì lượng như nhau thể tích của vải là lớn nhất của thép là nhỏ nhất; vì vậy trọng tâm xe chở vải cao nhất, xe dễ đổ nhất, trọng tâm xe chở thép là thấp nhất nên xe khó đổ nhất.