Giải Vật lí 10 Bài 2 (Cánh diều): Một số lực thường gặp

Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 2: Một số lực thường gặp

Mở đầu

Mở đầu trang 48 Vật lí 10:

Ở phần trước, ta biết gia tốc mà vật có được là do có lực tác dụng lên vật. Khi biết vật đang chịu tác dụng bởi những lực nào, chúng ta có thể dự đoán vật sẽ chuyển động ra sao. Như vậy, điều quan trọng là xác định được các lực tác dụng lên một vật. Hãy lấy ví dụ về vật chịu tác dụng đồng thời của nhiều lực.

Lời giải:

Ví dụ quyển sách đặt trên bàn chịu tác dụng của trọng lực và lực tác dụng của mặt bàn.

Một vật trượt trên mặt phẳng nghiêng chịu tác dụng của trọng lực, lực ma sát, lực của mặt bàn tác dụng lên.

I. Vật chuyển động dưới tác dụng của các lực cân bằng và không cân bằng

Câu hỏi 1 trang 48 Vật lí 10:

Quan sát hình 2.1 và cho biết người nào tác dụng lực đẩy, người nào tác dụng lực kéo lên cái tủ?

Hãy biểu diễn lực tác dụng của mỗi người lên tủ.

Lời giải:

Người A tác dụng lực kéo, ngườiB tác dụng lực đẩy.

Câu hỏi 2 trang 49 Vật lí 10:

Xác định hướng và độ lớn của hợp lực tác dụng lên ô tô trong các trường hợp dưới đây và trạng thái chuyển động của ô tô.

Lời giải:

Hình a) Độ lớn của hợp lực tác là F = 400 - 300 = 100 N. Hướng của hợp lực là hướng của lực có độ lớn 400 N.

Hình b) hợp lực có độ lớn F = 300 – 300 = 0 N

Hình c) độ lớn của hợp lực tác dụng là F’ = 300 - 200 = 100 N. Hướng của hợp lực là hướng của lực có độ lớn 300N.

II. Một số lực thường gặp

1. Trọng lực

Câu hỏi 3 trang 50 Vật lí 10:

Biểu diễn trọng lực tác dụng lên quả táo (G là trọng tâm)

Lời giải:

Vận dụng 1 trang 50 Vật lí 10:

Để xác định trọng tâm của một vật phẳng, ta có thể thực hiện như sau (hình 2.4): Treo vật ở đầu một sợi dây mềm, mảnh nối với điểm P của vật. Đưa dây dọi tới sát dây treo vật, dùng dây dọi để làm chuẩn, đánh dấu đường thẳng đứng PP’ kéo dài của dây treo trên vật.

Treo vật ở điểm Q và lặp lại quá trình như trên, đánh dấu được đường thẳng đứng QQ’. Giao điểm G của PP’ và QQ’ là trọng tâm của vật phẳng.

Hãy xác định trọng tâm của mỗi vật phẳng trong hình 2.5

Lời giải:

Thực hiện cách làm giống như các bước hướng dẫn ở trên ta xác định được trọng tâm của các vật phẳng như hình dưới.

Câu hỏi 4 trang 51 Vật lí 10:

Tính độ lớn trọng lực tác dụng lên bạn.

Lời giải:

Nếu bạn 50 kg thì trọng lực tác dụng lên bạn là P = mg = 50.9,8 = 490 N.

Câu hỏi 5 trang 51 Vật lí 10:

Từ bảng 2.1, xác định gia tốc rơi tự do ở vị trí thực hiện phép đo. Lấy kết quả đến 3 chữ số có nghĩa.

Lời giải:

Vận dụng 2 trang 52 Vật lí 10:

Xác định số chỉ của lực kế khi đo trọng lượng của các quả cân trong bảng 2.1 khi chúng được đưa lên bề mặt Mặt Trăng. Lấy gia tốc rơi tự do trên Mặt Trăng là 1,6 m/s².

Lời giải:

Trọng lượng của các quả cân trên Mặt trăng

2. Lực ma sát

Câu hỏi 6 trang 53 Vật lí 10:

Ma sát có lợi hay có hại tùy thuộc vào tình huống và quan điểm. Theo bạn, lực ma sát có lợi hay gây hại trong các trường hợp sau đây:

- Trục bánh xe chuyển động

- Viết bảng

- Ô tô phanh gấp

Nêu biện pháp làm tăng hoặc làm giảm ma sát trong mỗi trường hợp trên.

Lời giải:

- Trục bánh xe chuyển động: ma sát có hại, vì làm mòn trục bánh xe. Để giảm ma sát người ta làm trục có ổ bị và bôi trơn bằng dầu mỡ.

- Viết bảng: ma sát có lợi, giúp phấn bám lên bảng. Để tăng ma sát, người ta làm bề mặt bảng nhám hơn.

- Ô tô phanh gấp: ma sát có lợi, ma sát giúp ô tô phanh lại mà không bị trượt. Để tăng ma sát, người ta làm lốp xe nhám, có khía rãnh.

Luyện tập

Luyện tập trang 53 Vật lí 10:

Một thùng hàng có khối lượng 54,0 kg được đặt trên mặt sàn nằm ngang và phải cần lực đẩy ít nhất bằng 108 N để làm thùng hàng bắt đầu chuyển động.

a) Tính độ lớn lực ép giữa sàn và thùng hàng.

b) Tìm lực ma sát nghỉ cực đại tác dụng lên thùng hàng.

Lời giải:

a) Lực ép giữa sàn và thùng hàng có độ lớn bằng trọng lực

N = P = mg = 54.9,8 = 529,2 N.

b) Lực ma sát nghỉ cực đại có độ lớn bằng với lực đẩy để thùng bắt đầu chuyển động nên độ lớn của lực ma sát nghỉ cực đại là 108 N.

3. Lực cản của nước hoặc không khí

Tìm hiểu thêm trang 54 Vật lí 10:

Tốc độ ổn định của vật rơi phụ thuộc vào trọng lượng, hình dạng và kích thước mặt ngoài của vật. Đối với côn trùng, lực cản của không khí lớn hơn nhiều so với trọng lượng của chúng, do đó tốc độ ổn định của chúng khá thấp. Côn trùng có thể bị cuốn lên trời hàng km do các luồng không khí bốc lên. Sau đó, chúng rơi trở lại Trái Đất mà không bị thương.

Hãy lấy một ví dụ tương tự.

Lời giải:

Thả một chiếc lông vũ rơi từ trên cao xuống, nó thường không rơi thẳng ngay xuống đấy mà bị cuốn bay liệng trong không khí, có thể bay lên cao rồi mới rơi xuống đất.

Một bông hoa bồ công anh có thể bị cuốn lên cao do các luồng không khí và bay đi xa hàng km.

4. Lực đẩy Ác – xi – mét

Câu hỏi 7 trang 55 Vật lí 10:

Hãy giải thích vì sao ở vùng nước ngập ngang người thì bơi sẽ đỡ tốn sức hơn lội.

Lời giải:

Ở vùng nước ngập ngang người, khi lội thì lực cản tác dụng lên cơ thể lớn hơn nhiều so với việc bơi.

Tìm hiểu thêm trang 55 Vật lí 10:

Archimedes (287 TCN – 212 TCN) được nhà vua giao nhiệm vụ tìm ra vương miện bằng vàng có bị pha thêm bạc hay không. Giai thoại kể rằng ông đã tìm ra lời giải trong lúc tắm. Khi đó, Archimedes reo lên: “Eureka” (có nghĩa là: tìm ra rồi) và sung sướng chạy ra ngoài. Đây là mẩu chuyện vui về một nhà vật lí nhưng có ý nghĩa sâu sắc. Không phải may mắn ngẫu nhiên mà chính việc luôn luôn suy nghĩ về liên hệ giữa cái cần tìm và cái đã biết đã giúp Archimedes tìm ra lời giải. Say mê nghiên cứu là phẩm chất hàng đầu của nhà khoa học và thành quả cũng chỉ có thể được tạo thành từ sự say mê, miệt mài ấy.

Bạn hãy tìm đọc câu chuyện về Archimedes và lí giải của ông giúp dẫn tới công thức tính độ lớn lực đẩy của chất lỏng lên vật.

Lời giải:

- HS sưu tầm câu chuyện trên Internet hoặc sách báo.

- Biểu thức tính độ lớn lực đẩy của chất lỏng lên vật là F_A = D.g.V

Trong đó: D là khối lượng riêng của chất tạo nên vật, đơn vị kg/m³

V là thể tích của vật chìm trong chất lỏng, đơn vị m³

Câu hỏi 8 trang 55 Vật lí 10:

So sánh lực đẩy Archimedes tác dụng lên cùng một vật khi nó ở hai vị trí (1) và vị trí (2) trong hình 2.11. Biết rằng ở (1) thì vật đang chuyển động lên trên, ở (2) thì vật đang nằm cân bằng trên mặt thoáng.

Lời giải:

Ở vị trí 1 lực đẩy Ác-xi-mét lớn hơn lực đẩy Ác – xi – mét ở vị trí 2.

Tại vị trí (1): F_A > P

$\Rightarrow$ Lực đẩy Ác-xi-mét lớn hơn trọng lực của vật, làm vật nổi lên.

Tại vị trí (2): F_A = P

$\Rightarrow$ Lực đẩy Ác-xi-mét bằng trọng lực của vật, làm vật cân bằng.

Vận dụng 4 trang 56 Vật lí 10:

Đặt một cái bát bằng kim loại lên mặt nước như thế nào để nó nổi trên bề mặt?

Từ đó, rút ra nguyên tắc để chế tạo tàu, thuyền.

Lời giải:

Đặt một cái bát kim loại ngửa trên mặt nước thì nó nổi trên bề mặt nước. Khi đó lực đẩy Ác – xi- mét lớn hơn trọng lực, làm cho bát nổi trên mặt nước.

Tương tự như vậy, người ra chế tạo tàu, thuyền bằng cách tạo ra phần thể tích rỗng hướng lên trên (hình dưới), giúp cho lực đẩy Ác – xi – mét tác dụng lên tàu, thuyền lớn hơn trọng lực tác dụng lên tàu thuyền giúp tàu, thuyền nổi trên mặt nước.

I. Vật chuyển động dưới tác dụng của các lực cân bằng và không cân bằng.

- Lực tác dụng lên vật gây ra biến dạng hoặc làm biến đổi chuyển động của vật đó.

- Hai lực nằm dọc theo một đường thẳng, ngược chiều, tác dụng vào cùng một vật và có độ lớn bằng nhau là hai lực cân bằng.

- Tác dụng của hai lực cân bằng lên vật triệt tiêu nhau. Ta nói lực tổng hợp của hai lực đó bằng không.

- Lực tổng hợp của các lực tác dụng lên vật được gọi là hợp lực.

III. Một số lực thường gặp

1. Trọng lực

a. Trọng lực và trọng lượng

- Trọng lực là lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên vật, đặt tại trọng tâm của vật và hướng thẳng đứng, chiều từ trên xuống.

- Trọng lượng là độ lớn của lực gây ra gia tốc rơi tự do của vật:$P=mg$

b. Trọng lượng và khối lượng.

- Khối lượng của vật càng lớn thì trọng lượng của vật càng lớn nên gia tốc rơi tự do là như nhau tại một vị trí xác định.

- Khối lượng của một vật không thay đổi khi vật di chuyển đến các vị trí khác nhau. Tuy nhiên trọng lượng của vật thay đổi ở các vị trí khác nhau, vì gia tốc ở các vị trí khác nhau là khác nhau.

2. Lực ma sát

- Lực ma sát là lực cản sự trượt hoặc lăn của vật này so với vật khác.

- Lực ma sát được chia thành: Lực ma sát trượt, lực ma sát lăn và lực ma sát nghỉ.

- Nếu một vật đang trượt trên bề mặt của một vật khác thì lực ma sát tác dụng ngược hướng với chuyển động trượt đó, đây là lực ma sát trượt.

- Nếu một vật đứng yên trên một bề mặt nhưng có xu hướng trượt theo một hướng nào đó thì lực ma sát sẽ tác dụng ngăn nó trượt theo hướng đó. Đây là lực ma sát nghỉ.

- Lực ma sát trượt gần như không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc.

- Lực ma sát trượt tỉ lệ với lực ép vuông góc giữa các bề mặt lại với nhau.

- Tỉ số độ lớn của lực ma sát trượt F_ms và độ lớn lực ép vuông góc N là không đổi:

$\mu =\frac{F_{ms}}{N}$

- Lực ma sát nghỉ khi vật bắt đầu trượt gọi là lực ma sát nghỉ cực đại: $F_{mst}\le F_{msncucdai}$

3. Lực cản của nước hoặc không khí.

- Khi một vật chuyển động trong môi trường không khí hoặc trong nước, có ma sát giữa bề mặt vật đó với môi trường.

- Vật dồn không khí hoặc nước ra xung quanh khi nó chuyển động.

$\Rightarrow$ Những hiệu ứng này tạo nên lực cản của môi trường lên vật chuyển động.

- Lực cản luôn ngược hướng và có tác dụng cản trở chuyển động của vật.

4. Lực đẩy Archimedes (Ác – xi – mét)

- Mỗi vật ở trong chất lỏng hoặc chất khí đều chịu một lực nâng hướng lên trên. Lực nâng này được gọi là lực Archimedes

- Điểm đặt của lực này ở phần vật nằm trong chất lỏng hoặc chất khí.

- Độ lớn lực đẩy Archimedes bằng trọng lượng của phần chất lỏng hoặc chất khí mà vật chiếm chỗ.

- Trạng thái nổi lên hay chìm xuống của vật ở trong nước phụ thuộc và chênh lệch độ lớn giữa trọng lực và lực đẩy Archimesdes tác dụng lên vật.

5. Lực căng dây

- Khi kéo căng một sợi dây thì trong sợi dây xuất hiện lực căng có phương dọc theo dây, chiều chống lại xu hướng bị kéo dãn.

- Lực đàn hồi của lò xo là lực căng của lò xo.