Lý 10 Bài 17: Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và của ba lực không song song

Vật rắn là những vật có kích thước đáng kể và hầu như không bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực.

a) Thí nghiệm

Vật đứng yên nếu hai trọng lượng \({P_1}\) và \({P_2}\) bằng nhau và nếu hai dây buộc vật nằm trên một đường thẳng.

b) Điều kiện cân bằng

Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều: \(\overrightarrow {{F_1}}  =  - \overrightarrow {{F_2}} \)

c) Xác định trọng tâm của một vật phẳng, mỏng bằng thực nghiệm

- Buộc dây lần lượt vào hai điểm khác nhau trên vật rồi lần lượt treo lên. Khi vật đứng yên, vẽ đường kéo dài của dây treo. Giao điểm của hai đường kéo dài này là trọng tâm của vật. Kí hiệu là G.

• Trọng tâm G của các vật phẳng, mỏng và có dạng hình học đối xứng nằm ở tâm đối xứng của vật.

a) Thí nghiệm

•   Dùng hai lực kế treo một vật và để vật ở trạng thái đứng yên.

•   Dùng dây dọi đi qua trọng tâm để cụ thể hoá giá của trọng lực.

•   Nhận xét: Ba lực không song song tác dụng lên vật rắn cân bằng có giá đồng phẳng và đồng quy

b) Qui tắc hợp lực hai lực có giá đồng qui

Muốn tổng hợp hai lực có giá đồng qui tác dụng lên một vật rắn, trước hết ta phải trượt hai véc tơ lực đó trên giá của chúng đến điểm đồng qui, rồi áp dụng qui tắc hình bình hành để tìm hợp lực.

c) Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song

• Muốn cho một vật chịu tác dụng của ba lực không song song ở trạng thái cân bằng thì:

• Ba lực đó phải đồng phẵng và đồng qui.

• Hợp lực của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba: \(\overrightarrow {{F_1}}  + \overrightarrow {{F_2}}  =  - \overrightarrow {{F_3}} \)

d) Một số hiện tượng liên quan

Lực căng T của dây là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Lực tác dụng lên quả cầu được biểu diễn trên hình vẽ:

Khi quả cầu nằm cân bằng:

\(\begin{array}{l}
\vec P + \vec T + \vec N = \vec 0\\
 \Leftrightarrow \vec P + \vec T =  - \vec N\\
 \Leftrightarrow \vec P + \vec T = {{\vec N}^{'}}
\end{array}\)

Xét tam giác N^'OT, ta có:

\(\cos \alpha=\frac{P}{T} \Rightarrow T=\frac{P}{\cos \alpha}=\frac{m g}{\cos \alpha}=\frac{3.9,8}{\cos 20}=31,3 N \Rightarrow T \approx 32 N \)

Vậy, lực căng T của dây gần bằng 32N

Hướng dẫn giải

Trọng tâm của một vật là điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật đó.

Phương pháp xác định trọng tâm của vật phẳng mỏng bằng thực nghiệm:

Buộc dây vào một lỗ nhỏ A ở mép của vật rồi treo vật thẳng đứng. Khi vật nằm cân bằng, dùng bút đánh dấu phương của sợi dây AA' đi qua vật, trên vật. Tiếp theo, buộc dây vào một lỗ khác A, vào lỗ B chẳng hạn. Khi vật nằm cân bằng, đánh dâu phương sợi dây BB' qua vật.

Giao điểm của hai đoạn thẳng đánh dấu trên vật AA' và BB' chính là trọng tâm G của vật.

Câu 1: Một vật chịu tác dụng của ba lực đồng phẳng có độ lớn lần lượt là F₁, F₂, F₃ với F₁ = 2F₂ như hình vẽ. Muốn cho vật được cân bằng thì giữa F₁, F₂, F₃ phải thỏa mãn điều kiện nào sau đây?

Câu 2: Hai mặt phẳng đỡ tạo với mặt phẳng nằm ngang các góc 45°. Trên hai mặt phẳng đó người ta đặt một quả tạ hình cầu có khối lượng 5 kg. Bỏ qua ma sát và lấy g = 10 m/s2. Hỏi áp lực của quả cầu lên mỗi mặt phẳng đỡ bằng bao nhiêu?

Câu 3: Một thanh đồng chất nằm cân bằng ở tư thế nằm ngang bởi hai sợi dây buộc vào hai đầu của nó như hình vẽ. Lực căng dây có độ lớn T₁ = T₂ = 10 N, góc θ = 37^o. Trọng lượng của thanh bằng

Câu 4: Một thanh dài L, trọng lượng P, được treo nằm ngang vào tường như hình vẽ. Một trọng vật P1 treo ở đầu thanh. Dây treo làm với tường một góc α. Lực căng của dây bằng.

Câu 5: Một quả cầu đồng chất có khối lượng 4 kg được treo vào tường thẳng đứng nhờ một sợi dây hợp với tường một góc α=30^o. Bỏ qua ma sát ở chỗ tiếp xúc của quả cầu với tường. Lấy g = 9,8 m/s². Lực của quả cầu tác dụng lên tường có độ lớn bằng bao nhiêu?

Câu 5: Nêu đặc điểm của hệ ba lực cân bằng.

Câu 1: Chọn phương án đúng

Muốn cho một vật đứng yên thì

A. hợp lực của các lực đặ vào vật không đổi.

B. hai lực đặt vào vật ngược chiều.

C. các lực đặt vào vật phải đồng quy.

D. hợp lực của các lực đặt vào vật bằng 0.

Câu 2: Một vật chịu tác dụng của hai lực \(\overrightarrow {{F_1}} \) và \(\overrightarrow {{F_2}} \), lực  \(\overrightarrow {{F_1}} \) nằm ngang hướng sang phải có độ lớn 10 N. Để vật ở trạng thái cân bằng thì lực \(\overrightarrow {{F_2}} \) có đặc điểm là

A. cùng giá, cùng chiều, có độ lớn 10 N.

B. nằm ngang, hướng sang trái, có độ lớn 10 N.

C. nằm ngang, hướng sang phải, có độ lớn 10 N.

D. cùng giá, hướng sang trái, độ lớn 10 N.

Câu 3: Để xác định điều kiện cân bằng của chất điểm, người ta dựa vào định luật nào sau đây?

A. Định luật I Niu-tơn.

B. Định luật II Niu-tơn.

C. Định luật III Niu-tơn.

D. Tất cả đều đúng.

Câu 4: Một chất điểm ở trạng thái cân bằng khi gia tốc của nó

A. không đổi.

B. giảm dần.

C. tăng dần.

D. bằng 0.

Câu 5: Ba lực đồng phẳng, đồng quy tác dụng lên một vật rắn nằm cân bằng có độ lớn lần lượt là 12 N, 16 N và 20 N. Nếu lực 16 N không tác dụng vào vật nữa, thì hợp lực tác dụng lên nó là

A. 16 N.

B. 20 N.

C. 12 N.

D. Đáp án khác

Qua bài giảng Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và của ba lực không song song này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như:

• 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.