1. Trọng lực: Quả táo sẽ rơi xuống đất sau khi rời khỏi cảnh cây. Từ kết quả thí nghiệm xác định gia tốc rơi tự do của một vật trong Bài 9, ta thấy khi lực cản có độ lớn không đáng kể, vật luôn rơi với gia tốc [imath]\overrightarrow{g}[/imath] có độ lớn không đối gọi là gia tốc rơi tự do.
Lực làm cho vật rơi chính là lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên vật, còn được gọi là trọng lực [imath]\overrightarrow{P}[/imath] . Theo biểu thức của định luật II Newton, ta có:
[imath]\overrightarrow{P}=m.\overrightarrow{g}[/imath]
Từ các đặc điểm của gia tốc [imath]\overrightarrow{g}[/imath], ta suy ra các đặc điểm của trọng lực:
•Trọng lực là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vật.
• Trọng lực có:
- Điểm đặt: tại một vị trí đặc biệt gọi là trọng tâm.
- Hướng: hướng vào tâm Trái Đất.
- Độ lớn: [imath]P= m.g[/imath]
+Khi một vật đứng yên trên mặt đất, trọng lượng của vật bằng độ lớn của trọng lực tác dụng lên vật.
+Vị trí của trọng tâm phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng của vật, có thể nằm bên trong vật hoặc bên ngoài vật
+Trọng tâm có vai trò quan trọng trong sự cân bằng của các vật.
Cách xác định trọng tâm:
Để xác định trọng tâm của một vật phẳng, người ta có thể làm như sau: Buộc dây vào một lỗ nhỏ ở mép của vật rồi treo vật thẳng đứng. Khi vật cản bằng, dùng bút đánh dấu phương của sợi dây lên vật. Sau đó ta thay đổi điểm treo và thực hiện tương tự. Giao điểm của hai đường kẻ chính là trọng tâm của vật mà ta cần xác định. Dựa vào phương pháp trên, hãy tiến hành thí nghiệm xác định trọng tâm của một vật phẳng bất kì.
2.Lực ma sát: Các loại lực ma sát:
Ở môn Khoa học tự nhiên lớp 6, các em đã được học về lực ma sát trượt và ma sát nghi. Lực ma sát là lực xuất hiện ở bề mặt tiếp xúc giữa hai vật, có tác dụng chống lại xu hướng thay đổi vị trí tương đối giữa hai bề mặt.
Các loại lực ma sát:
• Ma sát nghỉ xuất hiện ở mặt tiếp xúc khi vật chịu tác dụng của một lực ngoài. Lực ma sát nghỉ triệt tiêu lực ngoài này làm vật vẫn đứng yên.
+Lực ma sát nghỉ có điểm đặt trên vật và ngay tại vị trí tiếp xúc của hai bề mặt, phương tiếp tuyến và ngược chiều với xu hướng chuyển động tương đối của hai bề mặt tiếp xúc. Độ lớn của lực ma sát nghỉ bằng độ lớn của lực tác dụng gây ra xu hướng chuyển động.
• Ma sát trượt xuất hiện ở mặt tiếp xúc khi vật trượt trên một bề mặt. Ví dụ: Bánh xe trượt trên mặt đường khi hãm phanh đột ngột tạo ra vết trượt trong.
+Lực ma sát trượt có điểm đặt trên vật và ngay tại vị trí tiếp xúc của hai bề mặt, phương tiếp tuyến và ngược chiều với chuyển động của vật. Độ lớn của lực ma sát trượt:
- Không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ chuyển động của vật.
- Phụ thuộc vào vật liệu và tính chất của hai bề mặt tiếp xúc.
- Tỉ lệ với độ lớn của áp lực giữa hai bề mặt tiếp xúc: [imath]F=\mu N[/imath]
Hệ số tỉ lệ [imath]\mu[/imath]là hệ số ma sát trượt, phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai bề mặt tiếp xúc. Đây là đại lượng không có đơn vị.
• Ma sát lăn xuất hiện ở mặt tiếp xúc khi vật lăn trên một bề mặt. Ví dụ: Ma sát lăn giữa bánh xe và mặt sàn.
Ứng dụng của lực ma sát:
Lực ma sát có tác dụng cản trở chuyển động của vật nhưng đôi khi tác dụng này lại mang lại nhiều ứng dụng trong cuộc sống.
Hình 11.8 cho biết một số ứng dụng của các loại ma sát. Que diêm ma sát với bìa nhám của hộp diêm sinh nhiệt làm chất hoá học ở đầu que diêm cháy (Hình 11.8a) là ứng dụng của ma sát trượt. Hình 11.8b minh hoạ cho lợi ích của lực ma sát nghi trong việc giữ cho các thùng hàng nằm yên trên băng chuyển khi băng chuyển di chuyển.
3.LỰC CĂNG DÂY * Lực căng dây
Trong trường hợp cầu dây văng trong Hình 11.11, cầu cân bằng do tổng các vectơ lực (bao gồm lực kéo của các sợi dây, lực năng của các trụ cầu và trọng lực) cân bằng nhau. Người ta gọi lực kéo của các sợi dây đó là lực căng dây.
Khi một sợi dây bị kéo căng, nó sẽ tác dụng lên hai vật gắn với hai đầu dây những lực căng có đặc điểm:
- Điểm đặt là điểm mà đầu dây tiếp xúc với vật.
- Phương trùng với chính sợi dây.
- Chiều hướng từ hai đầu dây vào phần giữa của sợi dây. Với những dây có khối lượng không đáng kể thì lực căng ở hai đầu dây luôn có cùng một độ lớn.
Lưu ý: Lực căng dây xuất hiện tại mọi điểm trên dây. Độ lớn của lực căng dây được xác định dựa vào điều kiện cụ thể của cơ hệ.
4. LỰC ĐẨY ARCHIMEDES
Ngày xưa, để vận chuyển gỗ đi xa, người ta tận dụng sự nổi của gỗ trên nước để thả gỗ trôi dọc theo dòng chảy của sông thay vì phải kéo hoặc khuân vác gỗ trên đường bộ.
Một vật chim trong nước hay chất lỏng nói chung đều chịu tác dụng của lực nâng. Lực nâng này được phát hiện bởi nhà vật lí người Hy Lạp Archimedes và đã được các em tìm hiểu ở môn Khoa học tự nhiên lớp 8. Lực nâng này được gọi là lực đẩy Archimedes và có các đặc điểm sau:
Lực đẩy Archimedes tác dụng lên vật có điểm đặt tại vị trí trùng với trọng tâm của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ, có phương thẳng đứng, có chiều từ dưới lên trên, có độ lớn bằng trọng lượng phần chất lỏng bị chiếm chỗ.
[math]F_{A}=\rho .g.V[/math]
Lưu ý: Khi vật nằm yên, điểm đặt [imath]C[/imath] của lực đầy ở trên đường thẳng đứng qua trọng tâm [imath]G[/imath] của vật.
Khối lượng riêng của một chất:
Khối lượng riêng P của một chất là đại lượng được xác định bằng khối lượng m của vật tạo thành từ chất đó trên một đơn vị thể tích V của vật theo công thức:
[math]\rho =\dfrac{m}{V}[/math]đơn vị trong hệ [imath]SI[/imath] là [imath]kg/m^3[/imath]
Độ chênh lệch áp suất giữa hai điểm có độ sau khác nhau trong chất lỏng:
[math]\Delta p=\rho .g.\Delta h[/math]
------
Xem thêm: HỆ THỐNG MỤC LỤC CÁC BÀI VẬT LÍ 10
Vào năm 231 trước Công nguyên, nhà vua Hy Lạp cổ đại Hieron (Hai – ơ – rôn) nghi ngờ những thợ kim hoàn trộn lẫn những kim loại khác ngoài vàng khi đúc vương miện cho ông. Archimedes đã tiến hành thí nghiệm như Hình 11P.2 để giải đáp thắc mắc của nhà vua. Dựa vào các kiến thức đã học hãy giải thích cách tiến hành trên. Biết rằng người thợ này đã dùng bạc thay thế cho một phần vàng và bạc có khối lượng riêng nhỏ hơn vàng
Lời giải:
Như Hình [imath]11P.2[/imath], Archimedes đã tiến hành 2 phép đo.
Phép đo thứ nhất là đo trọng lượng của vương miện và khối vàng, kết quả đo cho thấy trọng lượng của hai vật là như nhau.
Phép đo thứ hai, Archimedes nhúng chìm cả hai vật vào trong chất lỏng, ta thấy cán cân bị lệch về phía khối vàng. Nếu như hai vật được làm từ cùng một vật liệu, trọng lượng như nhau thì thể tích vật nhúng chìm sẽ bằng nhau và chịu lực đẩy Archimedes như nhau. Nhưng, ta thấy vương miện nổi cao hơn khối vàng nên vương miện đang chịu lực đẩy Archimedes lớn hơn, nên thể tích của vương miện lớn hơn thể tích của khối vàng. Do đó, khối lượng riêng của vương miện nhỏ hơn khối lượng riêng của khối vàng.
Như vậy, người thợ kim hoàn trộn lẫn bạc vào trong vương miện.
Bài 3:
Tác dụng lực đẩy theo phương ngang rất khó để làm khối nặng di chuyển trượt trên mặt sàn. Thay vì vậy, ta thường đặt vật tựa lên các con lăn như Hình 11P.3 và đẩy với cùng lực đó thì vật chuyển động dễ dàng. Giải thích tại sao.
Lời giải:
Lực ma sát trượt đã bị triệt tiêu, thay vào đó là lực ma sát lăn. Độ lớn lực ma sát lăn nhỏ hơn nhiều so với lực ma sát trượt nên vật dễ dàng chuyển động.
Bài tập SBT
A. Trắc nghiệm
Bài 11.1: Điều nào sau đây là sai khi nói về trọng lực?
A. Trọng lực được xác định bởi biểu thức [imath]\overrightarrow{P}=m.\overrightarrow{g}[/imath]
B. Điểm đặt của trọng lực là trọng tâm của vật.
C. Trọng lực tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.
D. Trọng lực là lực hút của Trái Đất tác dụng lên vật.
Lời giải:
Đáp án đúng là: A
Độ lớn của lực ma sát trượt:
- không phụ thuộc vào tốc độ của vật.
- tỉ lệ với độ lớn của áp lực.
- phụ thuộc vào vật liệu và tính chất của hai mặt tiếp xúc.
Bài 11.2: Tại cùng một địa điểm, hai vật có khối lượng [imath]m_1 < m_2[/imath], trọng lực tác dụng lên hai vật lần lượt là [imath]P_1[/imath] và [imath]P_2[/imath] luôn thỏa mãn điều kiện
[imath]A. P_1=P_2[/imath]
[imath]B. \dfrac{P_{1}}{P_{2}}< \dfrac{m_{1}}{m_{2}}[/imath]
[imath]C. P_1>P_2[/imath]
[imath]D. \dfrac{P_{1}}{P_{2}}= \dfrac{m_{1}}{m_{2}}[/imath]
Lời giải:
Đáp án đúng là: D
Tại cùng một địa điểm, hai vật chịu cùng gia tốc trọng trường như nhau.
Bài 11.3: Chỉ ra phát biểu sai. Độ lớn của lực ma sát trượt
A. phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc của vật.
B. không phụ thuộc vào tốc độ của vật.
C. tỉ lệ với độ lớn của áp lực.
D. phụ thuộc vào vật liệu và tính chất của hai mặt tiếp xúc.
Lời giải:
Đáp án đúng là: A
Độ lớn của lực ma sát trượt:
- không phụ thuộc vào tốc độ của vật.
- tỉ lệ với độ lớn của áp lực.
- phụ thuộc vào vật liệu và tính chất của hai mặt tiếp xúc.
Bài 11.4: Hệ số ma sát trượt
A. không phụ thuộc vào vật liệu và tính chất của hai mặt tiếp xúc.
B. luôn bằng với hệ số ma sát nghỉ.
C. không có đơn vị.
D. có giá trị lớn nhất bằng 1.
Lời giải:
Đáp án đúng là: C
A – sai vì hệ số ma sát phụ thuộc vào vật liệu và tính chất của hai mặt tiếp xúc.
B – sai vì hệ số ma sát trượt nhỏ hơn hệ số ma sát nghỉ.
C – đúng
D – sai vì giá trị tùy từng loại vật liệu và bề mặt tiếp xúc.
Bài 11.5: Một xe có khối lượng [imath]m = 5[/imath] tấn đang đứng yên trên mặt phẳng nghiêng [imath]30^{\circ}[/imath] so với phương ngang. Độ lớn của lực ma sát tác dụng lên xe
A. lớn hơn trọng lượng của xe.
B. bằng trọng lượng của xe.
C. bằng độ lớn của thành phần trọng lực vuông góc với mặt phẳng nghiêng.
D. bằng độ lớn của thành phần trọng lực song song với mặt phẳng nghiêng.
Lời giải:
Đáp án đúng là: D
Do xe chịu tác dụng của trọng lực, lực ma sát nghỉ, phản lực. Đồng thời xe đứng yên trên mặt phẳng nghiêng nên hợp lực tác dụng lên xe bằng [imath]0.[/imath]
- Độ lớn phản lực bằng với độ lớn của thành phần trọng lực vuông góc với mặt phẳng nghiêng.
- Độ lớn lực ma sát nghỉ bằng với độ lớn của thành phần trọng lực song song với mặt phẳng nghiêng.
Câu 11.6: Câu nào sau đây sai khi nói về lực căng dây?
A. lực căng dây có bản chất là lực đàn hồi.
B. lực căng dây có điểm đặt là điểm mà đầu dây tiếp xúc với vật.
C. lực căng có phương trùng với chính sợi dây, chiều hướng từ hai đầu vào phần giữa của dây.
Lời giải:
Đáp án đúng là: D
Lực căng dây có các đặc điểm:
- lực căng dây có bản chất là lực đàn hồi.
- lực căng dây có điểm đặt là điểm mà đầu dây tiếp xúc với vật.
- lực căng có phương trùng với chính sợi dây, chiều hướng từ hai đầu vào phần giữ của dây.
Bài 11.7: Khi vật treo trên sợi dây nhẹ cân bằng thì trọng lực tác dụng lên vật
A. cùng hướng với lực căng dây.
B. cân bằng với lực căng dây.
C. hợp với lực căng dây một góc [imath]90^{\circ}[/imath].
D. bằng không.
Lời giải:
Đáp án đúng là: B
Khi vật treo trên sợi dây nhẹ cân bằng thì trọng lực tác dụng lên vật cân bằng với lực căng dây.
Bài 11.8: Một ngọn đèn có khối lượng [imath]m = 1 kg[/imath] được treo dưới trần nhà bằng một sợi dây. Lấy [imath]g = 9,8 m/s^2[/imath]. Dây chỉ chịu được lực căng lớn nhất là [imath]8 N[/imath]. Nếu treo ngọn đèn này vào một đầu dây thì
A. lực căng sợi dây là [imath]9 N[/imath] và sợi dây sẽ bị đứt.
B. lực căng sợi dây là [imath]9,8 N[/imath] và sợi dây sẽ bị đứt.
C. lực căng sợi dây là [imath]9,8 N[/imath] và sợi dây không bị đứt.
D. lực căng sợi dây là [imath]4,9 N[/imath] và sợi dây không bị đứt.
Lời giải:
Đáp án đúng là: B
Khi treo ngọn đèn vào một đầu dây thì độ lớn của lực căng dây bằng độ lớn của trọng lực.
[imath]T = P = mg = 9,8 N.[/imath]
Lực căng dây lúc này lớn hơn lực căng cực đại mà dây chịu được nên dây sẽ bị đứt.
Bài 11.9: Một vật đang lơ lửng ở trong nước chịu tác dụng của những lực nào?
A. Lực đẩy Archimedes và lực cản của nước.
B. Lực đẩy Archimedes và lực ma sát.
C. Trọng lực và lực cản của nước.
D. Trọng lực và lực đẩy Archimedes.
Lời giải:
Đáp án đúng là: D
Một vật đang lơ lửng ở trong nước chịu tác dụng của:
- Trọng lực có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới, điểm đặt tại trọng tâm của vật.
- Lực đẩy Archimedes của nước tác dụng lên vật, có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên, điểm đặt tại vật.
Bài 11.10: Thể tích của một miếng sắt là [imath]2 dm^3[/imath]. Cho khối lượng riêng của nước là [imath]1000 kg/m^3[/imath]. Lấy [imath]g = 9,8 m/s^2[/imath]. Lực đẩy tác dụng lên miếng sắt khi nhúng chìm trong nước có giá trị là
[imath]A. 25 N.[/imath]
[imath]B. 20 N.[/imath]
[imath]C. 19,6 N.[/imath]
[imath]D. 19 600 N.[/imath]
Lời giải:
Đáp án đúng là: C
Lực đẩy tác dụng lên miếng sắt có độ lớn bằng lực đẩy Archimedes
[imath]F_{A}=DgV=1000.9,8.2.10^{-3}=19,6N[/imath]
B.Tự luận
Bài 11.1:
Theo định luật III Newton, các vật tương tác với nhau bằng các cặp lực trực đối gọi là lực và phản lực. Vậy một vật đặt nằm yên trên mặt bàn nằm ngang như Hình 11.1 thì phản lực của trọng lực [imath]\overrightarrow{P}[/imath] là lực nào?
Lời giải:
Phản lực của trọng lực là lực hút của vật tác dụng lên Trái Đất, cùng phương, ngược chiều với trọng lực, có điểm đặt tại trọng tâm của Trái Đất.
Bài 11.2: Một nhà du hành vũ trụ có khối lượng [imath]70 kg[/imath] khi ở trên Trái Đất. Hãy xác định trọng lượng của nhà du hành vũ trụ này trên Mặt Trăng, biết độ lớn gia tốc trọng trường trên Mặt Trăng bằng [imath]\dfrac{1}{6}[/imath] gia tốc trọng trường ở Trái Đất [imath](9,8 m/s^2).[/imath]
Lời giải:
Trọng lượng của nhà du hành vũ trụ trên Mặt Trăng: [imath]P=m.g_M=114,3N[/imath]
Bài 11.4: Một người đi xe đạp trên đường nằm ngang với vận tốc không đổi. Giải thích tại sao người đó có thể đi với vận tốc không đổi.
Lời giải:
Lực giúp hệ xe đạp và người hướng về phía trước và lực ma sát tác dụng lên hệ có độ lớn bằng nhau, cùng phương nhưng ngược chiều nên chúng triệt tiêu lẫn nhau. Do đó, hợp lực của hai lực này tác dụng lên hệ bằng 0. Vì vậy, hệ xe đạp và người chuyển động với vận tốc không đổi.
Bài 11.5: Đặt một vật nằm yên trên một tấm ván ban đầu nằm ngang có một đầu gắn vào bản lề quay được. Nâng chậm đầu còn lại của tấm ván lên cao, ta thấy lúc đầu vật vẫn nằm yên trên mặt phẳng nghiêng và khi nâng tấm ván tới một góc nghiêng [imath]\alpha _{0}[/imath] nào đó thì vật bắt đầu trượt. Lặp lại thí nghiệm nhiều lần, ta vẫn thu được kết quả trên. Hãy giải thích hiện tượng xảy ra.
Lời giải:
Lúc đầu, thành phần trọng lực song song với phương mặt phẳng nghiêng cân bằng với lực ma sát nghỉ. Khi góc α tăng, độ lớn của thành phần này tăng dần, kéo theo độ lớn của lực ma sát nghỉ cũng tăng. Tại góc α0, lực ma sát nghỉ đạt cực đại và chuyển thành ma sát trượt. Độ lớn của lực ma sát trượt lúc này nhỏ hơn độ lớn của thành phần trọng lực song song với mặt phẳng nghiêng, do đó, vật bắt đầu trượt xuống.
Bài 11.6: Cho một vật có khối lượng [imath]10 kg[/imath] đặt lên mặt sàn nằm ngang. Một người tác dụng một lực [imath]30 N[/imath] kéo vật theo phương ngang, hệ số ma sát trượt giữa vật và sàn có giá trị [imath]0,2[/imath]. Lấy giá trị của gia tốc trọng trường là [imath]9,8 m/s^2[/imath]. Tính gia tốc của vật.
Lời giải:
Chọn hệ quy chiếu Oxy sao cho chiều dương (+) Ox là chiều chuyển động, Oy vuông góc với Ox.
Áp dụng định luật II Newton:
[math]\overrightarrow{F_{k}}+\overrightarrow{F_{ms}}+\overrightarrow{N}+\overrightarrow{P}=m.\overrightarrow{a}[/math] Chiếu lên trục Oy:
[imath]N−P=0⇒N=P=mg=10.9,8=98(N)[/imath]
[imath]⇒F_ms=μ.N=0,2.98=19,6N[/imath]
Chiếu lên trục Ox:
[imath]F_k−F_{ms}=m.a⇒30−19,6=10.a[/imath]
Từ đây, ta có: [imath]a = 1,04 m/s^2[/imath]
Bài 11.7: Xét một tảng băng có phần thể tích chìm dưới nước khoảng [imath]90%[/imath]. Hãy ước tính khối lượng riêng của tảng băng, biết khối lượng riêng của nước biển là [imath]1020 kg/m^3[/imath].
Bài 11.8: Một vật có trọng lượng riêng [imath]22 000 N/m^3[/imath]. Treo vật vào một lực kế rồi nhúng vật ngập trong nước thì lực kế chỉ [imath]30 N[/imath]. Hỏi nếu treo vật ở ngoài không khí thì lực kế chỉ bao nhiêu? Lấy trọng lượng riêng của nước là [imath]10000N/m^3.[/imath]
Lời giải:
Khi nhúng vật vào trong nước thì vật chịu thêm lực đẩy Archimedes nên số chỉ của lực kế giảm xuống. Số chỉ của lực kế khi để ngoài không khí chính là trọng lượng của vật.
Khi vật cân bằng trong nước: [imath]P-F_A=F\Rightarrow P-\dfrac{d_n}{d_v}P=F\Rightarrow P=\dfrac{F}{1-\dfrac{d_n}{d_v}}=55N[/imath]
Bài 11.9: Một vật làm bằng sắt và một vật làm bằng hợp kim có cùng khối lượng được nhúng vào cùng một chất lỏng. Hỏi lực đẩy Archimedes tác dụng lên vật nào lớn hơn và lập tỉ số giữa hai lực đẩy Archimedes này? Biết khối lượng riêng của sắt và hợp kim lần lượt là [imath]7 874 N/m^3[/imath] và [imath]6 750 N/m^3.[/imath]
Lời giải:
Theo giả thiết, [imath]m_s=m_{hk}⇔ρ_s.V_s=ρ_{hk}.V_{hk}[/imath]
[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
