Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của 3 lực không song song là gì

Với giải bài 5 trang 100 sgk Vật lí lớp 10 được biên soạn lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh biết cách làm bài tập môn Vật lí 10. Mời các bạn đón xem:

 1. Kiến thức

  - Nêu được định nghĩa của vật rắn và giá của lực.

  - Phát biểu được quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy.

  - Phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và của ba lực không song song.

2. Kỹ năng

  - Xác định được trọng tâm của một vật mỏng, phẳng bằng phương pháp thực nghiệm.

  - Vận dụng được các điều kiện cân bằng và quy tắc tổng hợp ba lực có giá đồng quy để giải các bài tập.

I - CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CHỊU TÁC DỤNG CỦA HAI LỰC

   1. Thí nghiệm

 Thực hiện thí nghiệm như Hình 17.1.

                                         Hình 17.1

 Nhận xét: Hai lực F1 và F2 có cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều. Vật đứng yên nếu hai trọng lượng P1 và P2 bằng nhau và nếu hai dây buộc vật nằm trên một đường thẳng.

      2. Điều kiện cân bằng

  Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực là hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều 

Giá của lực : là đường thẳng mang vectơ lực.

 3. Cách xác định trọng tâm của một vật phẳng mỏng bằng phương pháp thực nghiệm

 Người ta có thể xác định vị trí của trọng tâm bằng phương pháp thực nghiệm hoặc bằng phương pháp toán học căn cứ vào sự phân bố khối lượng.   

   Trường hợp vật phẳng, mỏng có dạng bất kỳ: Treo vật 2 lần 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 2 lần treo đó [Hình 17.2].

   Trường hợp vật phẳng, mỏng có dạng hình học đối xứng thì trọng tâm trùng với tâm đối xứng của vật [Hình

17.3].

  Vật rắn: là vật có kích thước đáng kể và hầu như không bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực. Với vật rắn: do có kích thước lớn nên các lực tuy đặt vào cùng một vật nhưng có thể không cùng điểm đặt.

 Trọng tâm là điểm đặt của trọng lực của vật.

Hình 17.3

Hình 17.4

Mọi lực tác dụng mà giá đi qua trọng tâm sẽ làm vật chuyển động tịnh tiến. Mọi lực tác dụng mà giá không đi qua trọng tâm sẽ làm cho vật vừa quay vừa tịnh tiến.

    II - CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CHỊU TÁC DỤNG CỦA BA LỰC KHÔNG SONG SONG

        1. Quy tắc tổng hợp hai lực 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 lực trên giá của chúng đến điểm đồng quy rồi áp dụng  quy tắc hình bình hành để tìm hợp lực

       2. Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của  ba lực không song song.

- Ba lực đó phải có giá đồng phẳng và đồng quy.

- Hợp lực của hai lực phải cân bằng với lực còn lại.

Câu 1. Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực?

Câu 2. Cách xác định trong tâm của vật phẳng mỏng bằng thực nghiệm? Cho biết trọng tâm của một vật mỏng, phẳng đồng chất và có dạng hình học đối xứng?

Câu 3. Quy tắc hợp lực của hai lực có giá đồng quy?  

Câu 4. Điều kiện cân bằng của vật chịu tác dụng của 3 lực không song song là gì?

Xem thêm các sách tham khảo liên quan:

Giải Bài Tập Vật Lí 10 – Bài 27: Cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực không song song [Nâng Cao] 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:

Câu c1 [trang 125 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Trọng tâm O của vòng nhẫn ở đâu?

Lời giải:

Trọng tâm O của vòng nhẫn là tâm của vòng nhẫn, cũng chính là điểm đồng quy của các lực: F1→, F2→và P→.

Câu 1 [trang 126 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Điều kiện cân bằng của một vật rắn dưới tác dụng của ba lực không song song là gì?

Lời giải:

– Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song:

    + Ba lực đó phải có giá đồng phẳng và đồng quy.

    + Hợp lực của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba.

Câu 2 [trang 126 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Có gì khác nhau giữa điều kiện cân bằng của chất điểm và của vật rắn dưới tác dụng của ba lực không song song?

Lời giải:

* Giống nhau: điều kiện cân bằng của chất điểm và của vật rắn dưới tác dụng của ba lực đều có tính đồng phẳng, đồng quy của ba lực và hợp lực của chúng phải bằng không:

F1→+ F2→+ F3→= 0

* Khác nhau:

    + Ba lực cùng tác dụng lên chất điểm tất nhiên cùng điểm đặt – tức tất nhiên là đồng quy.

    + Trong vật rắn, ba lực đồng quy có điểm đặt có thể khác nhau nhưng có giá cắt nhau tại một điểm – điểm đó chính là điểm đồng quy.

Do vậy, cách phát biểu điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực không song song có tính lập luận chứng tỏ rằng ba lực là đồng quy.

Câu 3 [trang 126 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Định nghĩa hợp lực của hai lực tác dụng lên một vật rắn. Hai lực tác dụng lên vật rắn như thế nào thì có hợp lực?

Lời giải:

– Hợp lực của hai lực [đồng thời] tác dụng lên một vật rắn là một lực có tác dụng đối với vật [giống hệt] như hai lực ấy.

– Hai lực tác dụng lên một vật rắn có giá đồng quy thì bao giờ cũng có hợp lực.

Bài 1 [trang 126 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Điều kiện nào sau đây là đủ để hệ ba lực tác dụng lên một vật rắn là cân bằng?

A. Ba lực đồng quy

B. Ba lực đồng phẳng

C. Ba lực đồng phẳng và đồng quy

D. Hợp lực của hai trong ba lực cân bằng với lực thứ ba

Lời giải:

Đáp án D

Bài 2 [trang 126 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Một quả cầu có trọng lượng P = 40N được treo vào tường nhờ một sợi dây hợp với mặt tường một góc α = 30o. Bỏ qua ma sát ở chỗ tiếp xúc giữa quả cầu và tường. Hãy xác định lực căng của dây và phản lực của tường tác dụng lên quả cầu [hình 27.7].

Lời giải:

Chọn D.

Quả cầu chịu tác dụng của 3 lực: Trọng lực P→; phản lực N→ và lực căng T→.

Khi quả cầu nằm cân bằng, không có ma sát, thì phương của dây treo đi qua tâm O của quả cầu.

P→+ N→+ T→ = 0→hay P→+ N→= –T→ ⇔ P→+ N→= T’→

Từ hình vẽ ta có:

Vì T = T’ nên lực căng của dây là T’ = 46,2N

N = P.tanα = 40.tan30o = 23,1N

Bài 3 [trang 126 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Một ngọn đèn có khối lượng m = 1kg được treo dưới trần nhà bằng một sợi dây. Dây chỉ chịu được lực căng lớn nhất là 8N.

a] Chứng minh rằng không thể treo ngọn đèn này vào một đầu dây.

b] Người ta đã treo đèn này bằng cách luồn sợi dây qua một cái móc của đèn và hai đầu dây được gắn chặt trên trần nhà [hình 27.8]. Hai nửa sợi dây có chiều dài bằng nhau và hợp với nhau một góc bằng 60o. Hỏi lực căng của mỗi nửa sợi dây là bao nhiêu?

Lời giải:

a] Khi treo ngọn đèn vào một đầu dây, để đèn nằm cân bằng thì T→+ P→= 0.

Về độ lớn P = T = m.g = 1.9,8 = 9,8N > Tmax = 8N nên dây sẽ bị đứt. Vậy không thể treo đèn vào một đầu dây.

b] Ngọn đèn chịu tác dụng của 3 lực: Trọng lực P→; hai lực căng T1→và T2→, các lực được biểu diễn như hình vẽ.

Khi ngọn đèn nằm cân bằng ta có:

P→+ T1→+ T2→= 0→ hay P→+ T’→= 0 với T’→= T1→+ T2→

→ P = T’

Vì T1 = T2 và [T1→,T2→] = 60o nên từ hình vẽ

⇒ T’ = 2T1.cos30o = T1.√3

T’ = P = m.g = 9,8N