BÀI 5. SỰ CÂN BẰNG LỰC – QUÁN TÍNH
I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
1. Sự cân bằng lực
+ Hai lực cân bằng là hai lực có
- Điểm đặt: cùng đặt (tác dụng) vào cùng một vật
- Phương: cùng nằm trên một đường thẳng
- Chiều: ngược chiều nhau
- Độ lớn: có độ lớn bằng
+ Dưới tác dụng của các lực cân bằng, một vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên; đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều. Chuyển động này được gọi là chuyển động theo quán tính.
2. Quán tính
- Quán tính là tính chất bảo toàn tốc độ và hướng chuyển động của vật
- Khi có lực tác dụng, vì có quán tính nên mọi vật không thể ngay lập tức đạt tới một tốc độ nhất định
- Lực tác dụng càng lớn thì sự biến đổi chuyển động diễn ra càng nhanh.
- Vật có khối lượng càng lớn thì sự biến đổi chuyển động diễn ra càng chậm.
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
1. Xác định hai lực cân bằng
Để xác định hai lực cân bằng, ta cần xét hai lực theo 4 yếu tố (Điểm đặt, phương, chiều, và độ lớn) :
- Điểm đặt: Cùng đặt (tác dụng) vào cùng một vật
- Phương: Phương cùng nằm trên một đường thẳng
- Chiều: Ngược chiều nhau
- Độ lớn: Có độ lớn bằng nhau
2. Bài toán về vật chịu tác dụng của hai lực cân bằng:
Dưới tác dụng của 2 lực cân bằng:
+ Một vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên.
+ Một vật đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều.
- Một vật đang chịu tác dụng của hai lực cân bằng là trọng lực và phản lực thì vật đó đang đứng yên.
- Một vật đang chịu tác dụng của 2 cặp lực cân bằng: Trọng lực và phản lực; lực kéo và lực cản (lực ma sát) thì vật đó đang chuyển động thẳng đều.
3. Bài toán ngược về hai lực cân bằng
+ Khi đề bài cho một vật đang đứng yên; xác định độ lớn các lực tác dụng lên vật:
|
|
Vật đang trên bề mặt nằm ngang | Vật đang treo trên một sợi dây |
+ Một vật đang chuyển động thẳng đều ta luôn có :
Trọng lực (P = 10.m) = Phản lực F; và Fkéo = Fma sát
III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Câu C1 (trang 17 SGK Vật Lí 8):
Trong hình 5.2 quyển sách đặt trên bàn, quả cầu treo trên dây, quả bóng đặt trên mặt đất đều đứng yên vì chịu tác dụng của các lực cân bằng.
Hãy kể tên và biểu diễn các lực tác dụng lên quyển sách, quả cầu và quả bóng trên hình vẽ có trọng lượng lần lượt là 3 N; 0,5 N; 5 N bằng các vectơ lực. Nhận xét về điểm đặt, cường độ, phương, chiều của hai lực cân bằng.
Trả lời:
- Hình a) Các lực tác dụng lên cuốn sách: Trọng lực \(\vec{P}\) hướng thẳng đứng xuống dưới. Lực nâng \(\vec{Q}\) của mặt bàn (gọi là phản lực) hướng thẳng đứng lên trên.
- Hình b) Trọng lực \(\vec{P}\) hướng thẳng đứng xuống dưới. Lực căng \(\vec{T}\) của dây treo hướng thẳng đứng lên trên.
- Hình c) Trọng lực \(\vec{P}\) hướng thẳng đứng xuống dưới. Lực nâng \(\vec{Q}\) của mặt sân (gọi là phản lực) hướng thẳng đứng lên trên.
- Mỗi cặp lực này hai hai lực cân bằng. Chúng có cùng điểm đặt, cùng phương, cùng độ lớn nhưng ngược chiều.
Hai quả cầu A và B giồng hệt nhau được treo vào một sợi dây vắt qua một ròng rọc cố định (H.5.3a). Một thước đặt ở bên dùng để đo quãng đường chuyển động của A. Quan sát thí nghiệm hình và trả lời các câu hỏi sau đây.
Câu C2 (trang 18 SGK Vật Lí 8):
Tại sao quả cân A ban đầu đứng yên?
Trả lời:
Quả cân A chịu tác dụng của hai lực: trọng lực \({{\vec{P}}_{A}}\) và sức căng \(\vec{T}\) của dây, hai lực này cân bằng (do T = PB mà PB = PA nên \(\vec{T}\) cân bằng với \({{\vec{P}}_{A}}\))
Câu C3 (trang 18 SGK Vật Lí 8):
Đặt thêm một vật nặng A’ lên quả cân A (H.5.3b). Tại sao quả cân A cùng với A’ sẽ chuyển động nhanh dần?
Trả lời:
Đặt thêm vật năng A’ lên A, lúc này PA + PA’ lớn hơn T nên vật AA’ chuyển động nhanh dần đi xuống, B chuyển động đi lên.
Câu C4 (trang 18 SGK Vật Lí 8):
Khi quả cân A chuyển động qua lỗ K thì vật nặng A’ bị giữ lại (H.5.3c,d). Lúc này quả cân A còn chịu tác dụng của những lực nào?
Trả lời:
Quả cân A chuyển động qua lỗ K thì A’ bị giữ lại. Khi đó tác dụng lên A chỉ còn ha lực \({{\vec{P}}_{A}}\) và \(\vec{T}\), lại cân bằng với nhau nhưng vật A vẫn tiếp tục chuyển động. Thí nghiệm cho biết kết quả chuyển động của A là thẳng đều.
Câu C5 (trang 19 SGK Vật Lí 8):
Hãy đo quãng đường đi được của quả cân A sau mỗi khoảng thời gian là 2 giây, ghi vào bảng 5.1 tính vận tốc A.
Bảng 5.1
Thời gian t (s) | Quãng đường đi được s (cm) | Vận tốc v (cm/s) |
| Trong hai giây đầu: t1 = 2 | s1 =….. | v1 =… |
| Trong hai giây tiếp theo: t2 = 2 | s2 =…. | v2 =… |
| Trong hai giây cuối: t3 = 2 | s3 =….. | v3 =… |
Trả lời:
Ghi kết quả TN vào bảng tính toán và rút ra kết luận:
“Một vật đang chuyển động, nếu chịu tác dụngc của các lực cân bằng thì sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều”.
Câu C6 (trang 19 SGK Vật Lí 8):
Búp bê đang đứng yên trên xe. Bất chợt đẩy xe chuyển động về phía trước (H.5.4). Hỏi búp bê sẽ ngã về phía nào? Tại sao?
Trả lời:
Búp bê sẽ ngã về phía sau. Bởi vì khi xe đứng yên, búp bê đứng yên cùng với xe.
Khi bất ngờ đẩy xe tới phía trước, phần chân của búp bê chuyển động tới phía trước cùng với xe nhưng phần thân của búp bê do có quán tính, nó lại muốn duy trì trạng thái đứng yên ban đầu, kết quả là búp bê bị ngã ra phía sau.
Câu C7 (trang 19 SGK Vật Lí 8):
Đẩy cho xe và búp bê cùng chuyển động rồi bất chợt dừng xe lại. Hỏi búp bê sẽ ngã về phía nào? Tại sao?
Trả lời:
Búp bê sẽ ngã về phía trước. Bởi vì khi xe chuyển động, búp bê cũng chuyển động cùng với xe. Khi xe dừng lại đột ngột, phần chân của búp bê dừng lại cùng với. xe nhưng phần thân của búp bê do có quán tính, nó lại muốn duy trì trạng thái chuyển động ban đầu, kết quả là búp bê bị ngã ra phía trước.
Câu C8 (trang 19 SGK Vật Lí 8):
Hãy dùng khái niệm quán tính để giải thích các hiện tượng sau đây:
a) Khi ô tô đột ngột rẽ phải, hành khách trên xe bi nghiêng về phía trái.
b) Khi nhảy từ bậc cao xuống, chân ta bị gập lại.
c) Bút tắc mực, ta vẩy mạnh, bút lại có thể viết tiếp được.
d) Vì sao khi cán búa lỏng có thể làm chặt lại bằng cách gõ mạnh đuôi cán xuống đất?
e) Đặt một cốc nước lên tờ giấy mỏng. Giật nhanh tờ giấy ra khỏi đáy cốc thì cốc vẫn đứng yên. Tại sao?
Trả lời:
a) Hành khách bị nghiêng về phía trái vì khi ô tô đột ngột rẽ phải, do có quán tính, họ không thể đổi hướng chuyển động ngay mà tiếp tục chuyển động như cũ.
b) Khi nhảy từ bậc cao xuống, chân chạm đất sẽ dừng lại ngay, nhưng người còn tiếp tục chuyển động theo quán tính nên chân bị gập lại.
c) Bút tắc mực, khi ta vẩy mạnh thì do có quán tính mà mực chuyển động xuống đầu ngòi bút nên bút lại có mực.
d) Khi gõ mạnh đuôi cán búa xuống đất thì cán búa và đầu búa đều chuyển động đi xuống. Cán búa chạm đất dừng lại đột ngột trong khi đầu búa tiếp tục chuyển động đi xuống do quán tính nên đầu búa làm cho búa chắc hơn.
e) Cốc vẫn đứng yên vì do quán tính mà nó chưa thể thay đổi vận tốc được ngay.