Title CHỦ ĐỀ 17 - TRỌNG LỰC VÀ LỰC CĂNG DÂY - HS.Image.Marked.pdf ✅

Chủ đề 17 : TRỌNG LỰC VÀ LỰC CĂNG DÂY I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT – PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP 1. Trọng lực. 1.1. Định nghĩa: Trọng lực là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vật. Trọng lực được kí hiệu là . Trọng lực có: + Điểm đặt: tại một vị trí đặc biệt gọi là Trọng tâm. + Hướng: hướng vào tâm Trái đất (hình 1) Đối với vật ở gần mặt đất, trọng lực có: + Phương thẳng đứng. + Chiều từ trên xuống. + Độ lớn: P  m.g Trong đó: g là gia tốc rơi tự do (m/s2 ); m là khối lượng (kg). Tuỳ theo vị trí địa lí mà gia tốc trọng trường g có giá trị khác nhau. Vĩ độ 0 0 200 400 600 800 900 g (m/s2 ) 9,780 9,787 9,802 9,819 9,831 9,832 1.2. Trọng lượng: - Khi một vật đứng yên trên mặt đất, trọng lượng của vật bằng độ lớn trọng lực tác dụng lên vật. - Trọng lượng là sức nặng của vật được thể hiện qua giá trị đo của cân lò xo hay lực kế lò xo. Nó đặc trưng cho lực nén của vật lên mặt sàn hay lực căng do vật gây ra lên lò xo của lực kế khi treo vật vào. Do đó trong các hệ quy chiếu khác nhau, trọng lượng của vật thay đổi khác nhau. - Trạng thái không trọng lượng: + Khi một vật rơi tự do, lực nén của vật lên mặt sàn bằng 0. Do đó trọng lượng của vật bằng 0, vật ở trạng thái không trọng lượng. + Tương tự một phi hành gia trên tàu vũ trụ chuyển động quanh Trái Đất cũng ở trạng thái không trọng lượng. Trong cơ học cổ điện (Cơ học Newton), khối lượng của vật không thay đổi khi ta chuyển vật từ vị trí này đến vị trí khác. Chỉ có trọng lượng của vật là thay đổi. 1.3. Trọng tâm: - Trọng tâm là điểm đặt 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 trong vật hoặc nằm ngoài vật như hình 3.
- Trọng tâm có vai trò quan trọng trong sự cân bằng của các vật. Với cùng mặt chân đế, khi trọng tâm vật càng thấp thì mức cân bằng càng lớn. 2. Lực căng dây Khi một sợi dây được 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. - Độ lớn của lực căng dây được xác định dựa vào điều kiện cụ thể của cơ hệ. Lực căng dây T  cân bằng với trọng lực. Độ lớn: T=P=m.g Hợp lực của lực căng dâyT  và trọng lực P  là lực hướng tâm. Lực căng dây đóng vai trò là lực hướng tâm. Độ lớn: T=Fht Lực căng dây hai đầu ròng rọc bằng nhau. T1=T2=F2 3. Phương pháp giải các dạng bài tập Dạng 1: Mô tả được bằng ví dụ thực tiễn và biểu diễn được bằng hình vẽ trọng lực và lực căng dây. Dạng 2: Giải được các bài toán liên quan tới trọng lực, lực căng dây và trọng lượng của vật. Ví dụ 1: Một vật M được tạo thành từ ba vật gống nhau. Mỗi vật có khối lượng 2 kg như hình vẽ 3. Lấy g = 10m/s2 . Hình 3 Hình 4
a) Tính trọng lực của vật 1. b) Vị trí trong lực tác dụng lên vật M. c) Trọng lực tác dụng lên vật M có độ lớn bao nhiêu? d) Vẽ hình mô tả trọng lực tác dụng lên vật theo đúng tỉ lệ. Hướng dẫn a) Trọng lực tác dụng lên vật 1: P = m1.g = 2.10 = 20 (N) b) Trọng lực của vật M có điểm đặt tại trong tâm của hệ gồm ba vật thành phần là vị trí G như hình vẽ 4. c) Trong lực tác dụng lên vật M là hợp lực của 3 trọng lực thành phần. P = P1 + P2 + P3 = 20 + 20 + 20 = 60 (N) d) Trọng lực tác dụng lên vật như hình vẽ 5: Ví dụ 2: Một bóng đèn có khối lượng 300g 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 tác dụng của một lực căng lớn nhất là 5,5 N thì nó có bị đứt không ? Vì sao ? Hình 4 Hình 5
Hướng dẫn a) - Trọng lực phương thẳng đứng hướng xuống - Lực căng dây phương thẳng đứng hướng lên. b) Vì bóng đèn đang ở trạng thái cân bằng nên: T  P  mg  0,3.9,8  2,94N c) Dây không bị đứt vì lực căng mà dây phải chịu là 2,94N nhỏ hơn lực căng giới hạn. Ví dụ 3: Một vật được kéo lên cao nhờ một ròng rọc như hình vẽ 7. Vật có khối lượng 500g chuyển động lên cao với lực F=8N. Lấy g=10m/s2 . Hãy tìm độ lớn lực căng dây nếu: a) Vật chuyển động thẳng đều. b) Vật chuyển động thẳng nhanh dần đều hướng lên với gia tốc a=2m/s2 . c) Dây có thể chịu tối đa lực có độ lớn 9,5N. Tìm gia tốc lớn nhất mà vật có thể di chuyển để dây không bị đứt. Hướng dẫn Các lực tác dụng lên vật: 1 PT  m.a    Các lực: 1 2 T  T  F  8N (vì dây không co giãn) Theo chiều chuyển động: 1 T  P  m.a (1) a) Khi vật chuyển động đều: a=0 Thay vào biểu thức (1) ta có: T  P  m.a  m.(g  a)  0,5.(10  0)  5N b) Khi gia tốc a=2m/s2 Thay vào biểu thức (1) ta có: T  P  m.a  m.(g  a)  0,5.(10  2)  6N c) Giả sử lực căng dây đạt độ lớn cực đại: T=9,5N. Thay vào biểu thức (1) ta có: 2 1 max T  P  m.a  9, 5  5  0, 5.a  a  9m / s Ví dụ 4: Một chiếc áo có khối lượng 500g được treo vào điểm chính giữa của một sợi dây căng ngang, dây bị chùng xuống, hai nửa sợi dây có chiều dài như nhau và hợp với nhau một góc 1200 như hình vẽ 8. Lấy g = 9,8 m/s2 . a) Biểu diễn các lực tác dụng vào chiếc áo ? b) Tính lực căng dây? Hình 6