Giải Vật lí 10 Bài 17 (Kết nối tri thức): Trọng lực và lực căng

Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 17: Trọng lực và lực căng

Khởi động trang 69 Vật Lí 10: Các tình huống ở hình dưới đây liên quan đến những loại lực nào?

Lời giải:

a. Người thả diều:

- Lực cản của gió.

- Lực căng của sợi dây

- Lực kéo của tay người

b. Người kéo thùng đồ chơi:

- Lực kéo của người.

- Lực ma sát của thùng và sàn

c. Người chèo thuyền:

- Lực đẩy của mái chèo.

d. Người đánh cầu lông:

- Lực đánh cầu lông.

I. Trọng lực

Hoạt động trang 69 Vật Lí 10: Thảo luận tình huống được đề cập trong Hình 17.1: Tại sao khi được buông ra, các vật quanh ta đều rơi xuống đất?

Lời giải:

Khi được buông ra, các vật quanh ta đều rơi xuống đấtvì các vật đều chịu tác dụng của lực hút Trái Đất.

Câu hỏi trang 69 Vật Lí 10: Lực kế trong Hình 17.2 đang chỉ ở vạch 1 N.

a) Tính trọng lượng và khối lượng của vật bằng lực kế. Lấy g$\approx$9,8 m/s².

b) Biểu diễn các lực tác dụng lên vật (xem vật là chất điểm).

Lời giải:

a. Lực kế đang ở vạch 1N nên trọng lượng của vật bằng số chỉ của lực kế và bằng 1 N.

Khối lượng của vật: $m=\frac{P}{g}=\frac{1}{9,8}=0,102\left(kg\right).$

b. Các lực tác dụng lên vật gồm: trọng lực $\overrightarrow{P}$, lực đàn hồi của lò xo $\overrightarrow{F_{dh}}$.

Câu hỏi trang 70 Vật Lí 10: Đo trọng lượng của một vật ở một địa điểm trên Trái Đất có gia tốc rơi tự do là 9,80 m/s², ta được P = 9,80 N. Nếu đem vật này tới một địa điểm khác có gia tốc rơi tự do 9,78 m/s² thì khối lượng và trọng lượng của nó đo được là bao nhiêu?

Lời giải:

Khối lượng của vật: $m=\frac{P_1}{g_1}=\frac{9,8}{9,8}=1\left(kg\right).$

Nếu đem vật này tới một địa điểm khác thì khối lượng của vật vẫn không đổi là m = 1 kg. Trọng lượng của vật lúc này: $P_2=m.g_2=1.9,78=9,78\left(N\right).$

Hoạt động trang 70 Vật Lí 10: Xác định trọng tâm của một vật phẳng, mỏng.

- Chuẩn bị: một số tấm bìa các-tông phẳng, mỏng; dây treo; thước thẳng; bút chì; kéo.

- Tiến hành:

Thí nghiệm 1: Hãy xác định trọng tâm của tấm bìa các-tông vật ở Hình 17.3 và giải thích rõ cách làm của em.

Thí nghiệm 2: Cắt một số tấm bìa các-tông thành hình tròn, hình vuông, hình tam giác đều. Hãy tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng kết luận sau: “Trọng tâm của các vật phẳng, mỏng và có dạng hình học đối xứng nằm ở tâm đối xứng của vật”.

Lời giải:

Thí nghiệm 1:

- Bước 1: Dùng dây treo tấm bìa lên tại A, khi tấm bìa nằm cân bằng thì dùng bút chì và thước để kẻ đường thẳng đứng qua dây trên tấm bìa, đánh dấu hai điểm A và B. Vì trọng lực cân bằng với lực căng của sợi dây nên trọng tâm G nằm trên đoạn AB.

- Bước 2: Tương tự treo tấm bìa tại C và kẻ đường thẳng CD. Lúc này trọng tâm G cũng thuộc đoạn CD.

Như vậy trọng tâm G vừa nằm trên AB, vừa nằm trên CD nên giao điểm của hai đoạn thẳng này chính là vị trí trọng tâm G của vật.

Thí nghiệm 2: Học sinh tiến hành làm thí nghiệm tương tự 2 bước của thí nghiệm 1 để tìm trọng tâm rồi rút ra kết luận.

II. Lực căng

Hoạt động 1 trang 70 Vật Lí 10: Dựa vào Hình 17.4, hãy thảo luận và phân tích để làm sáng tỏ các ý sau đây:

- Những vật nào chịu lực căng của dây?

- Lực căng có phương, chiều thế nào?

Từ đó, nêu những đặc điểm (về phương, chiều, điểm đặt) của lực căng.

Lời giải:

- Các vật và tay người đều chịu tác dụng của lực căng dây.

- Lực căng có phương trùng với phương của sợi dây, chiều hướng vào trong sợi dây.

- Đặc điểm của lực căng:

Điểm đặt: tại vị trí của vật tiếp xúc với dây.

Phương: trùng với phương của sợi dây.

Chiều: ngược với chiều của lực kéo dãn dây.

Hoạt động 2 trang 70 Vật Lí 10: Hãy chỉ ra điểm đặt, phương, chiều của lực căng trong Hình 17.5a và 17.5b.

Lời giải:

a. Hai người cùng kéo một sợi dây

Điểm đặt: tại tay của hai người tiếp xúc với hai đầu dây.

Phương: trùng với phương sợi dây

Chiều: ngược chiều với lực kéo của hai người.

b. Người kéo thùng

Điểm đặt: tại tay của người và ở thùng vị trí tiếp xúc với hai đầu dây.

Phương: trùng với phương sợi dây

Chiều: hướng vào phía trong sợi dây.

Câu hỏi 1 trang 71 Vật Lí 10: Một bóng đèn có khối lượng 500 g được treo thẳng đứng vào trần nhà bằng một sợi dây và đang ở trạng thái cân bằng.

a) Biểu diễn các lực tác dụng lên bóng đèn.

b) Tính độ lớn của lực căng.

c) Nếu dây treo chỉ chịu được một lực căng giới hạn 5,5 N thì nó có bị đứt không?

Lời giải:

a. Các lực tác dụng lên bóng đèn: Trọng lực $\overrightarrow{P}$và lực căng dây $\overrightarrow{T}$

b. Đèn ở trạng thái cân bằng nên lực căng dây cân bằng với trọng lực:

$T=P=mg=0,5.10=5\left(N\right).$

c. Vì lực căng thực của dây là 5N vẫn nhỏ hơn lực căng giới hạn nên dây không bị đứt.

Câu hỏi 2 trang 71 Vật Lí 10: Một con khỉ biểu diễn xiếc. Nó dùng tay nắm vào dây để đứng yên treo mình như Hình 17.7. Hãy cho biết trong hai lực căng xuất hiện trên dây (${\overrightarrow{T}}_1$và ${\overrightarrow{T}}_2$), lực nào có độ lớn lớn hơn. Tại sao?

Lời giải:

Vì khỉ đang cân bằng nên hợp lực tác dụng lên vật bằng không, khi đó xét theo phương ngang Ox thì hợp lực tác dụng lên con khỉ cũng bằng 0.

Chiếu các lực căng tác dụng lên trục Ox ta có:

$-T_1.\cos {14}^0+T_2\cos {20}^0=0\Rightarrow T_1=0,97.T_2\Rightarrow T_1<T_2.$

Em có thể 1 trang 71 Vật Lí 10: Giải thích được trọng tâm của các vật phẳng, đồng chất, có dạng hình học đối xứng nằm ở tâm đối xứng của vật.

Lời giải:

Vật đối xứng khi treo trên dây sẽ cân bằng ở trị trí mà phương dây treo trùng với trục đối xứng của vật. Do vậy, giao điểm của các trục đối xứng này là tâm đối xứng của vật đồng thời cũng là trọng tâm của vật.

Em có thể 2 trang 71 Vật Lí 10: Giải thích được tại sao các vệ tinh nhân tạo của Trái Đất cuối cùng đều rơi xuống Trái Đất.

Lời giải:

Các vệ tinh nhân tạo của Trái Đấtcuối cùng đều rơi xuống Trái Đất do chịu tác dụng của trọng lực (lực hút của Trái Đất).

I. Trọng lực

1. Trọng lực

- Trọng lực là lực hấp dẫn do Trái Đất tác dụng lên vật, gây ra cho vật gia tốc rơi tự do. Trọng lực có kí hiệu $\overrightarrow{\mathrm{P}}$.

Quả bóng chịu tác dụng của trọng lực

- Ở gần Trái Đất trọng lực có:

+ Phương thẳng đứng

+ Chiều từ trên xuống

+ Điểm đặt gọi là trọng tâm của vật

- Công thức tính trọng lực

Dựa vào định luật II Newton, trường hợp vật rơi tự do, ta tìm được công thức của trọng lực: $\overrightarrow{\mathrm{P}}=\mathrm{m}.\overrightarrow{\mathrm{g}}$

2. Trọng lượng

- Trọng lượng là độ lớn của trọng lực tác dụng lên một vật.

- Công thức tính trọng lượng: $\mathrm{P}=\mathrm{m}.\mathrm{g}$

- Trọng lượng của một vật có thể đo bằng lực kế hoặc cân lò xo.

Đo trọng lượng của vật bằng lực kế

3. Phân biệt trọng lượng và khối lượng

- Trọng lượng của một vật thay đổi khi đem đến một nơi khác có gia tốc rơi tự do thay đổi.

- Khối lượng là số đo lượng vật chất của vật. Vì vậy khối lượng của một vật không thay đổi khi ta chuyển nó từ nơi này sang nơi khác.

II. Lực căng

- Khi dùng hai tay kéo dãn một sợi dây cao su, ta thấy dây cao su cũng kéo tay trở lại. Khi một sợi dây bị kéo thì ở tại mọi điểm trên dây, kể cả hai đầu dây xuất hiện lực để chống lại sự kéo, lực này gọi là lực căng dây, kí hiệu $\overrightarrow{\mathrm{T}}$

- Đặc điểm của lực căng do sợi dây tác dụng vào vật có phương trùng với phương của sợi dây, có chiều ngược với chiều của lực do vật kéo dãn dây.

Một số trường hợp xuất hiện lực căng