Giải Vật lí 10 Bài 11: Một số lực trong thực tiễn
Lời giải:
Những lực này đều có điểm chung là tác dụng lên vật, có phương chiều và độ lớn mang giá trị nào đó.
1. Trọng lực
Trọng lực
Lời giải:
Lực hấp dẫn của Trái Đất (trọng lực) gây ra chuyển động rơi của vật.
Lời giải:
Vectơ trọng lực luôn hướng về tâm Trái Đất
Lời giải:
Các em tự thực hành, nên chọn những vật thí nghiệm có dạng phẳng, cứng như miếng nhựa, miếng mica chứ không nên làm với các vật mỏng nhẹ như tờ giấy.
2. Lực ma sát
Các loại lực ma sát
Lời giải:
Khi chịu tác dụng của hai lực có cùng độ lớn, thùng hàng ở hình a sẽ không di chuyển hoặc rất khó khăn mới có thể di chuyển, còn thùng hàng ở hình b sẽ di chuyển nhanh và dễ dàng hơn.
Lời giải:
Thùng hàng đi được một đoạn sau đó dừng lại vì khi ta không tác dụng lực nữa thì thùng hàng chịu lực ma sát (lực cản của môi trường) ngược chiều với chiều chuyển động.
Lời giải:
Điểm giống:
- Đều đặt lên vật và ngay ở vị trí tiếp xúc giữa bề mặt của vật và bề mặt tiếp xúc.
- Đều cản trở chuyển động.
- Ngược chiều chuyển động.
Khác nhau:
- Điều kiện xuất hiện của lực và độ lớn của lực. Cụ thể: Ma sát nghỉ xuất hiện khi tác dụng lực lên vật mà vật vẫn nằm yên trên bề mặt, ma sát trượt xuất hiện khi vật bắt đầu trượt trên bề mặt tiếp xúc, ma sát lăn xuất hiện khi vật lăn trên bề mặt tiếp xúc.
Lời giải:
Ở hình a xuất hiện lực ma sát nghỉ, hình b xuất hiện lực ma sát lăn.
Hình 11.6 xuất hiện lực ma sát trượt.
Lời giải:
Lực ma sát có chiều ngược với vận tốc tương đối của hai bề mặt tiếp xúc và cản trở chuyển động tương đối giữa chúng.
Lời giải:
- Lợi ích: Lực ma sát giúp kìm hãm các chuyển động không mong muốn, giữ cho các vật không bị trượt. Ví dụ: Để cầm nắm các vật ta cần có lực ma sát, khi phanh xe, khi buộc dây cố định các vật.
Ngoài ra, các đặc điểm sinh ra từ lực ma sát có ích trong nhiều trường hợp. Ví dụ: Ma sát sinh nhiệt được dùng trong phương pháp ghép các ống kim loại mà không cần hàn. Tác dụng làm mòn khi ma sát có thể dùng để mài vật liệu.
- Tác hại: Lực ma sát có tác dụng cản trở nên khiến các chuyển động mong muốn tốn nhiều lực và hao phí năng lượng hơn, ma sát cũng làm hỏng các chi tiết máy thường xuyên tiếp xúc với nhau. Ví dụ: Nếu vòng bi trong quạt điện ma sát quá lớn sẽ cản trở chuyển động của cánh quạt khiến chúng quay chậm hơn gây hỏng chi tiết máy. Bánh xe của phương tiện giao thông di chuyển lâu ngày sẽ bị mài mòn và phải thay mới. Những chiếc cọc, đinh vít, ốc ... lâu ngày sẽ bị mài mòn và bị long ra cần phải bảo dưỡng thường xuyên.
Lời giải:
Khi bàn chân tác dụng 1 lực lên mặt đường, lực này là hợp lực của:
- lực ma sát nghỉ do chân tác dụng lên mặt đường có phương song song với mặt đường, điểm đặt trên mặt đường, chiều hướng về phía sau
- áp lực của chân lên mặt đường, có điểm đặt trên mặt đường, phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống.
Theo định luật III Newton thì sẽ xuất hiện phản lực của đường tác dụng lên chân, lực này là hợp lực của:
- lực ma sát nghỉ của mặt đường tác dụng lên chân, có điểm đặt tại chân, phương song song mặt đường, chiều từ phía sau hướng về phía trước
- áp lực của mặt đường tác dụng lên chân, có điểm đặt tại chân, phương vuông góc, chiều từ dưới lên.
Các phản lực này thúc đẩy sự chuyển động của người tiến về phía trước.
Lời giải:
- Hình 11.10a: thay thế lực ma sát trượt bằng lực ma sát lăn, người ta dùng các ổ trục có các viên bi tròn nhẵn.
- Hình 11.10b: ứng dụng đặc điểm cản trở của lực ma sát nghỉ. Bề mặt của băng tải được làm nhám để giữ được hành lý bên trên.
- Hình 11.10c: ứng dụng đặc điểm cản trở của lực ma sát trượt. Lực ma sát tỉ lệ với độ lớn của áp lực đòi hỏi người mài dao phải dùng lực vừa phải, động tác chính xác để đường mài chuẩn xác.
3. Lực căng dây
Lực căng dây
Lời giải:
Ta có thể dùng cách buộc căng dây vào hai điểm cố định và cắt dây tại một điểm bất kì sẽ thấy dây luôn bị kéo về 2 phía điểm cắt. Chứng tỏ lực căng xuất hiện tại mọi điểm trên dây.
Lời giải:
Lực căng dây có:
- Điểm đặt: Điểm mà dây tiếp xúc với vật.
- Phương: là phương của sợi dây.
- Chiều: hướng từ hai đầu dây vào phần giữa sợi dây.
Cụ thể trong bài tập trên
- Lực căng dây tác dụng lên vật nặng: T = P = mg = 20.10 = 200 N.
Phương chiều tác dụng như hình vẽ
4. Lực đẩy Archimedes (Ác – si – mét)
Lực đẩy Archimedes
Lời giải:
Giai thoại: Acsimet và câu chuyện về chiếc vương miện
Một ngày tháng tư năm 231 trước công nguyên, quốc vương Hireon đã triệu tập Acsimet vào cung để giải quyết một vấn đề mà quốc vương rất đau đầu. Đó là quốc vương có một chiếc vương miện do một thợ kim hoàn đúc thành, quốc vương giao cho thợ kim hoàn 15 lạng vàng nhưng quốc vương hoài nghi rằng chiếc vương miện này liệu có được 15 lạng vàng hay không. Vì vậy quốc vương muốn làm sáng tỏ điều này. Sau khi Acsimet nghe xong yêu cầu của quốc vương, biết rằng đây là một vấn đề khó giải quyết, vì vậy ông đã xin bệ hạ một ít ngày suy nghĩ. Acsimet mang chiếc vương miện về nhà để tìm hiểu. Sau 2 tháng, ông vẫn không tìm ra được kết quả. Bỗng một hôm, ông vừa đi vào bồn tắm, dìm người vào bồn chứa đầy nước sạch, bỗng ông chú ý đến một phần nước của bồn tắm trào ra khi ông dìm mình trong bồn tắm, đột nhiên một ý nghĩ trong đầu ông khiến ông hét lên: “Ơ rê ca! Ơ rê ca” (Tìm ra rồi, tìm ra rồi) và rồi ông chạy ra khỏi bồn tắm, chạy ra đường, mừng rỡ khôn tả.
Ông ăn mặc chỉnh tề vào gặp quốc vương và đưa ra lí giải:
+ Có 3 vật có trọng lượng bằng nhau: sắt, vàng, vương miện
+ Ông lần lượt nhúng ngập chúng vào một chiếc bình được đổ nước, và đo lượng trào ra.
=> Kết quả là lượng nước trào ra khi nhúng ngập chiếc vương miện nhiều hơn khi nhúng ngập tảng vàng, ít hơn tảng sắt
=> Chiếc vương miện không phải hoàn toàn bằng vàng ròng, cũng không phải bằng sắt. Khi thợ kim hoàn làm chiếc vương miện này chắc chắn đã trộn không ít bạc vào trong vàng.
Lời giải:
Lực đẩy Ac – si – mét có:
- Phương thẳng đứng
- Chiều từ dưới lên trên
- Điểm đặt tại vật
Xây dựng biểu thức xác định độ chênh lệch áp suất giữa hai điểm có độ sâu khác nhau trong chất lỏng
Lời giải:
Khi đặt một vật trong chất lỏng hay chất khí, hợp lực của các chất lỏng hay chất khí đó lên vật là hay F = F2 – F1 = S.p2 – Sp1 ≠ 0. Vì thế hợp lực của lực nén vuông góc ở phần trên và phần dưới của vật khác 0, khiến cho vật chịu một lực hướng từ dưới lên trên, đó chính là lực đẩy Ác si mét.
Lời giải:
Độ chênh lệch áp suất giữa điểm đang xét so với mặt thoáng nước biển là
Lời giải:
Có thể sử dụng phương án sau
Bước 1: Treo vật nặng vào lực kế, lực kế chỉ giá trị P1
Bước 2: Nhúng vật nặng chìm trong chậu nước, lực kế chỉ giá trị P2
Bước 3: Xác định lực đẩy Ác-si-mét F = P1 – P2
Bước 4: Tính khối lượng riêng của chất lỏng
Bài tập (Trang 73)
Lời giải:
Với là trọng lực, là lực căng, là phản lực tương ứng ở các trường hợp.
Lời giải:
Giả sử chiếc vương miện và khối vàng kia có cùng thể tích, khi nhúng vào trong cùng một chất lỏng thì lực đẩy Acsimet tác dụng lên chiếc vương miệng sẽ nhỏ hơn so với lực đẩy Acsimet tác dụng lên khối vàng. Vì khối lượng riêng của vàng lớn hơn khối lượng riêng của bạc, thể tích như nhau, nhúng trong cùng 1 chất lỏng.
Sử dụng công thức: , hợp lực này có phương thẳng đứng, chiều hướng lên
Điều đó chứng tỏ hợp lực của trọng lực và lực đẩy Acsimet tác dụng lên vương miện sẽ lớn hơn so với hợp lực đó tác dụng lên khối vàng, dẫn đến vương miện sẽ bị nổi lên trên.
Lời giải:
Cách tiến hành này thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn khiến cho vật di chuyển dễ dàng hơn.
Xem thêm lời giải bài tập SGK Vật lí lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:
Bài 7: Gia tốc - Chuyển động thẳng biến đổi đều
Bài 8: Thực hành đo gia tốc rơi tự do