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.

1.1.1. 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.

1.1.2. 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

\(\overrightarrow {{F_1}}  =  - \overrightarrow {{F_2}} \)

1.1.3. Xác định trọng tâm của một vật phẵng, mỏng bằng thực nghiệm.

• Trọng tâm là điểm đặt của trọng lực. Vì vậy trọng tâm phải nằm trên đường kéo dài của dây treo. 

• 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 trọng tâm là G.

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

1.2.1. 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

1.2.2. 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.

1.2.3. 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

\(\overrightarrow {{F_1}}  + \overrightarrow {{F_2}}  =  - \overrightarrow {{F_3}} \)

• Ví dụ: quả cầu được treo tựa vào tường

Bài 1:

Một quả cầu có trọng lượng P = 40N được treo vào tường nhờ 1 sợi dây hợp với mặt tường một góc = \({30^o}\) . Bỏ qua ma sát ở chỗ tiếp xúc giữa quả cầu và tường. Hãy xác định lực căng của dây và phản lực của tường lên quả cầu.

Hướng dẫn giải

• Từ điều kiện cân bằng ta có:

\(\overrightarrow P  + {\rm{ }}\overrightarrow N  + \overrightarrow T  = \overrightarrow 0 \)

• Theo hình ta có:

\(T = \frac{P}{{\cos {{30}^0}}} = \frac{{40}}{{\cos {{30}^0}}} = \frac{{40}}{{0,866}} = 46,18N\)

\(\begin{array}{*{20}{l}}
{N = P.tg{{30}^0} = 40.tg{{30}^{o}}}\\
{ = 23,1{\rm{ }}N}
\end{array}\)

Bài 2:

Hai mặt phẳng tạo với mặt phẳng nằm ngang các góc \(\alpha = 45^o\) . Trên hai mặt phẳng đó người ta đặt một quả cầu đồng chất có khối lượng 2 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?

Hướng dẫn giải

• Lực tác dụng lên quả cầu được biểu diễn như hình vẽ.

• Khi hệ cân bằng ta có:

 +  +  =             (1)

• Chọn hệ trục Oxy như hình vẽ, chiếu phương trình (1) lên Ox, Oy.

   \((Ox): N_1cos\alpha - N_2 cos\alpha = 0\)              (2)

   \((Oy): - P + N_1sin\alpha + N_2sin\alpha = 0\)     (3)

• Từ  (2)     \(\Rightarrow N_1 = N_2\). Thay vào (3)

  \(\Rightarrow P = 2N_1sin\alpha \Rightarrow N_1 =\frac{P}{2sin\alpha }\) = 

\(N_1 =N_2 =\frac{2 .10}{2.\frac{\sqrt{2}}{2}} (\alpha =45^0)\)      

\(N_1 = N_2 = 10\sqrt2 = 14N\)

Bài 3:

Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về trọng tâm của một vật rắn

A. Có thể trùng với tâm đối xứng của vật

B. Phải là một điểm trên vật

C. Có thể ở trên trục đối xứng của vật

D. Phụ thuộc sự phân bố khối lượng của vật

Hướng dẫn giải

• Trọng tâm là điểm đặt của trọng lực. Vì vậy trọng tâm phải nằm trên đường kéo dài của dây treo.

  ⇒ Đáp án B sai.

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.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 10 Bài 17 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về trọng tâm của một vật rắn

  • A. Có thể trùng với tâm đối xứng của vật
  • B. Phải là một điểm trên vật
  • C. Có thể ở trên trục đối xứng của vật
  • D. Phụ thuộc sự phân bố khối lượng của vật

• Câu 2:

  Phát biểu nào sau đây là chưa chính xác?

  • A. Vật nằm cân bằng dưới tác dụng của hai lực thì hai lực này cùng phương, ngược chiều và có độ lớn bằng nhau
  • B. Vật nằm cân bằng dưới tác dụng của hai lực thì hai lực này cùng giá, ngược chiều và cùng độ lớn
  • C. Trọng tâm của bản kim loại hình chữ nhật nằm tại tâm (giao điểm hai đường chéo) của hình chữ nhật đó
  • D. Vật treo vào dây nằm cân bằng thì dây treo có phương thẳng đứng và đi qua trọng tâm G của vật

• Câu 3:

  Treo một vật bằng một sợi dây như hình vẽ, khi vật cân bằng, dây treo không trùng với:

  

  • A. đường thẳng đứng đi qua trọng tâm của vật
  • B. đường thẳng đứng đi qua điểm treo vật N
  • C. trục đối xứng của vật
  • D. đường thẳng đứng nối điểm treo vật N và trọng tâm của vật

• Câu 4:

  Hai mặt phẳng tạo với mặt phẳng nằm ngang các góc \(\alpha = 45^o\) . Trên hai mặt phẳng đó người ta đặt một quả cầu đồng chất có khối lượng 2 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?

  • A. \(N_1 = N_2 = 8N\)
  • B. \(N_1 = N_2 = 15N\)
  • C. \(N_1 = N_2 = 12N\)
  • D. \(N_1 = N_2 = 14N\)

• Câu 5:

  Một quả cầu có trọng lượng P = 40N được treo vào tường nhờ 1 sợi dây hợp với mặt tường một góc = \({30^o}\) . Bỏ qua ma sát ở chỗ tiếp xúc giữa quả cầu và tường. Hãy xác định lực căng của dây  của tường lên quả cầu.

  • A. \(T = 42,74N\)
  • B. \(T = 36,19N\)
  • C. \(T = 46,18N\)
  • D. \(T = 42,23N\)

Câu 5- Câu 13: Xem thêm phần trắc nghiệm để làm thử Online 

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 10 Bài 17 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Bài tập 7 trang 100 SGK Vật lý 10

Bài tập 8 trang 100 SGK Vật lý 10

Bài tập 1 trang 122 SGK Vật lý 10 nâng cao

Bài tập 1 trang 126 SGK Vật lý 10 nâng cao

Bài tập 2 trang 126 SGK Vật lý 10 nâng cao

Bài tập 3 trang 126 SGK Vật lý 10 nâng cao

Bài tập 17.1 trang 41 SBT Vật lý 10

Bài tập 17.2 trang 41 SBT Vật lý 10

Bài tập 17.3 trang 41 SBT Vật lý 10

Bài tập 17.4 trang 42 SBT Vật lý 10

Bài tập 17.5 trang 42 SBT Vật lý 10

Bài tập 17.6 trang 42 SBT Vật lý 10

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý Chúng tôi sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!