Giáo án môn Vật lý 10 - Cân bằng vật rắn

CÂN BẰNG VẬT RẮN LÝ THUYẾT I.Cân bằng của một chất điểm 1. Điều kiện cân bằng: Điều kiện cân bằng của một chất điểm là hợp lực của tất cả hợp lực tác dụng lên vật bằng không. *Biểu thức: 2.Một số trường hợp cân bằng của chất điểm a.Cân bằng của chất điểm chịu tác dụng của 2 lực –Điều kiện cân bằng của hai lực tác dụng vào chất điểm phải cùng phương, ngược chiều và cùng độ lớn. –Biểu thức: hay b.Cân bằng của chất điểm khi chịu tác dụng của 3 lực –Điều kiện cân bằng của 3 lực tác dụng vào chất điểm là hợp lực của hai lực phải cùng phương, ngược chiều và cùng độ lớn với lực thứ ba –Biểu thức: hay II.Trọng tâm của vật rắn –Trọng tâm của vật rắn là điểm dặt của trọng lực. –Các vật đồng chất có dạng hình học đối xứng hình học thì trọng tâm là trọng tâm hình học của vật. III.Cân bằng của một vật khi không có chuyển động quay 1.Điều kiện cân bằng của một vật rắn không quay Khi không có chuyển động quay, điều kiện cân bằng của vật là hợp lực của các lực đặt vào vật phải bằng không. 2.Quy tắc hợp lực đồng quy –Tìm hợp lực của hai lực đồng quy +Tìm điểm đặt của hai lực trên giá của chúng đến điểm đồng quy. +Áp dụng quy tắc hình bình hành để tìm hợp lực. 3.Hệ lực cân bằng –Hệ hai lực cân bằng: cùng giá, cùng độ lớn, ngược chiều. –Hệ ba lực cân bằng: có giá đồng phẳng và đồng quy, có hợp lực bằng không. IV.Quy tắc hợp lực song song 1.Hợp lực của hai lực song song cùng chiều (Hình 1) –Có phương song song với hai lực. –Cùng chiều với hai lực. –Độ lớn bằng tổng độ lớn của hai lực: F = F1 + F2 –Giá chia trong đoạn thẳng nối hai điểm đặt theo tỉ lệ nghịch với hai lực: 2.Hợp lực của hai lực song song ngược chiều (Hình 2) –Có phương song song với hai lực. –Cùng chiều với lực nào có giá trị lớn hơn. –Độ lớn bằng trị tuyệt đối hiệu độ lớn của hai lực: –Giá chia ngoài và nằm về phía lực nào có độ lớn lớn hơn. d1 d2 d1 d2 Hình 1 Hình 2 V.Cân bằng của một vật có trục quay cố định – Quy tắc mômen 1.Tác dụng của lực đối với một vật có trục quay cố định –Lực chỉ gây ra tác dụng quay khi: Giá của lực không đi qua trục quay. –Lực tác dụng có giá qua trục quay: Vật sẽ đứng yên cân bằng. 2.Cân bằng của một vật có trục quay cố định a.Mômen lực: Là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực đối với một trục có độ lớn: M = F.d (N/m) +F: Độ lớn của lực tác dụng (N) +d: Khoảng cách từ giá của lực đến trục quay – gọi là cánh tay đòn (m) b.Quy tắc mômen Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định là tổng các mômen lực làm vật quay theo chiều kim đồng hồ bằng tổng các mômen lực làm vật quay theo chiều ngược lại. VI.Ngẫu lực 1.Định nghĩa: Ngẫu lực là hai lực song song, ngược chiều, bằng nhau về độ lớn có giá khác nhau và đặt lên cùng một vật. 2.Tác dụng của ngẫu lực –Trường hợp không có trục quay cố định: Vật quay quanh một trục đi qua trọng tâm. –Trường hợp vật có trục quay cố định: Trọng tâm chuyển động tròn xung quanh trục quay. 3.Mômen ngẫu lực: Mômen ngẫu lực đối với trục quay bất kì vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực. M = F.d –Đặc điểm: Ngẫu lực không có hợp lực, không phụ thuộc vào vị trí trục quay. VII.Các dạng cân bằng mức – Mức vững vàng của cân bằng 1.Các dạng cân bằng a.Cân bằng không bền: Là dạng cân bằng khi đưa vật ra khỏi vị trí cân bằng, hợp lực hay mômen lực khác không và có tác dụng đưa vật ra khỏi vị trí cân bằng cũ. Trọng tâm ở vị trí cao nhất. b.Cân bằng bền: Là dạng cân bằng khi đưa vật ra khỏi vị trí cân bằng, hợp lực hay mômen lực khác không và có tác dụng đưa vật trở về lại trí cân bằng cũ. Trọng tâm ở vị trí thấp nhất. c.Cân bằng phiếm định: Khi đưa vật ra khỏi vị trí cân bằng, hợp lực hay mômen lực vẫn bằng không và vật đứng yên cân bằng ở vị trí mới. Vị trí trọng tâm không đổi. 2.Mức vững vàng của cân bằng a.Mặt chân đế: Là một đa giác lồi nhỏ nhất chứa tất cả các điểm tiếp xúc giữa vật và mặt phẳng giá đỡ. b. Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế: Vật sẽ còn cân bằng khi giá của trọng lực còn đi qua mặt chân đế. c.Mức vững vàng của cân bằng: Càng lớn nếu hạ thấp vị trí trọng tâm, tăng điện tích mặt chân đế. Bài tập trắc nghiệm tự luận Bài tập trắc nghiệm khách quan phần cân bằng vật rắn ĐỀ THI ĐẠI HỌC KHỐI A Đề thi Đại Học khối A năm học 2006 – 2007 Câu 1: Cho một cơ hệ như hình vẽ (a), gồm một thanh OA đồng chất, tiết diện đều, chiều dài l có thể quay quanh một trục cố định, thẳng đứng, vuông góc với thanh ở đầu O. Một vật nhỏ có khối lượng M lồng ra ngoài thanh, có thể trượt trên thanh và được giữ ở trung điểm B của thanh nhờ sợi dây mãnh không dãn. Bỏ qua mọi lực cản, khối lượng dây và chốt chặn A. Hệ quay đều với vận tốc góc rad/s thi vật tuột khỏi dây và trược tới chốt A. Xem vật như một chất điểm. Xác định vận tốc góc của hệ khi vật ở A trong cả hai trường hợp. a)Thanh có mômen quán tính không đáng kể. b)Thanh có cùng khối lượng như vật và mômen quán tính đối với trục quay bằng . Câu 2.Một thanh OE đồng chất, tiết điện đều, có chiều dài 80cm và khối lượng 0,4kg. Đầu O của thanh được gắn vào tường nhờ một bản lề (như hình vẽ b). Thanh được giữ nằm ngang nhờ dây ED không dãn; hợp với thanh một góc và chịu được lực căng lớn nhất bằng 20N. Treo vật có trọng lượng P0 = 10N vào thanh tại điểm C. Bỏ qua sức cản ở bản lề lấy gia tốc trọng trường g = 9,8m/s2. a)Xác định vị trí điểm C xa O nhất để dây vẫn chưa đứt. b)Tính độ lớn của phản lực do bản lề tác dụng lên thanh ứng với trường hợp điểm C xa nhất tìm được ở câu a). E P0 C D O B A M Hình a Hình b