Giải SGK Vật Lí 10 (Kết nối tri thức) Bài 17: Trọng lực và lực căng

Giải Vật Lí 10 Bài 17: Trọng lực và lực căng

Khởi động trang 69 Vật Lí 10: Các tình huống ở hình dưới đây liên quan đến những loại lực nào?

Lời giải:

- Hình a: người đang kéo và giữ cho diều bay

+ Lực căng của dây.

+ Lực kéo của tay người.

- Hình b: người kéo thùng đồ chơi

+ Trọng lượng của thùng đồ chơi tác dụng lực ép lên mặt sàn.

+ Lực căng của dây.

+ Lực ma sát giữa thùng đồ chơi và mặt sàn

- Hình c: người đang chèo thuyền

+ Trọng lượng của hệ người và thuyền tác dụng lực ép lên nước.

+ Lực cản của nước.

+ Lực nâng của nước lên thuyền.

- Hình d: người đánh cầu lông bay được do lực căng của dây vợt tác dụng vào quả cầu.

I. Trọng lực

Hoạt động trang 69 Vật Lí 10: Thảo luận tình huống được đề cập trong Hình 17.1: Tại sao khi được buông ra, các vật quanh ta đều rơi xuống đất?

Lời giải:

Khi được buông ra, các vật quanh ta đều rơi xuống đất là do Trái Đất tác dụng lực hút lên các vật, kéo các vật chuyển động về phía Trái Đất.

Câu hỏi trang 69 Vật Lí 10: Lực kế trong Hình 17.2 đang chỉ ở vạch 1 N.

a) Tính trọng lượng và khối lượng của vật. Lấy g ≈ 9,8 m/s².

b) Biểu diễn các lực tác dụng lên vật (xem vật là chất điểm).

Lời giải:

 a)

- Trọng lượng của vật là độ lớn của lực có giá trị là 1 N.

- Khối lượng m của vật thỏa mãn công thức: P = m.g => m = $\frac{P}{g}=\frac{1}{9,8}$ ≈ 0,1kg

b) Có 2 lực tác dụng lên vật đó là: Trọng lực $\overrightarrow{P}$ và lực đàn hồi ${\overrightarrow{F}}_{dh}$ của lò xo.

Câu hỏi trang 70 Vật Lí 10: Đo trọng lượng của một vật ở một địa điểm trên Trái Đất có gia tốc rơi tự do là 9,80 m/s², ta được P = 9,80 N. Nếu đem vật này tới một địa điểm khác có gia tốc rơi tự do 9,78 m/s² thì khối lượng và trọng lượng của nó đo được là bao nhiêu?

Lời giải:

- Khối lượng m của vật thỏa mãn công thức:

P = m.g => m = $\frac{P}{g}=\frac{9,80}{9,80}$ = 1kg

- Khối lượng của vật không đổi khi thay đổi vị trí.

- Trọng lượng của vật tại nơi có gia tốc 9,78 m/s² là:

P' = m.g' = 1.9,78 = 9,78N

Hoạt động trang 70 Vật Lí 10: Xác định trọng tâm của một vật phẳng, mỏng.

- Chuẩn bị: một số tấm bìa các-tông phẳng, mỏng; dây treo; thước thẳng; bút chì; kéo.

- Tiến hành:

Thí nghiệm 1: Hãy xác định trọng tâm của tấm bìa các-tông ở Hình 17.3 và giải thích rõ cách làm của em.

Thí nghiệm 2: Cắt một số tấm bìa các-tông thành hình tròn, hình vuông, hình tam giác đều. Hãy tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng kết luận sau: “Trọng tâm của các vật phẳng, mỏng và có dạng hình học đối xứng nằm ở tâm đối xứng của vật”.

Lời giải:

Thí nghiệm 1:

Lí thuyết: trọng lực có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới, có điểm đặt tại trọng tâm của vật. Chứng tỏ trọng tâm G của vật sẽ nằm trên phương của trọng lực. Ta chỉ cần xác định phương của trọng lực thì sẽ xác định được G.

Để xác định được trọng tâm của tấm bìa Hình 17.3 ta có thể làm như sau:

- Đục 1 lỗ nhỏ A ở mép của tấm bìa, sau đó dùng dây treo buộc vào lỗ A và treo thẳng đứng tấm bìa lên. Đến khi tấm bìa ở trạng thái cân bằng, dùng thước thẳng và bút chì kẻ 1 đường thẳng dọc theo phương của dây treo.

- Làm tương tự như vậy với một điểm treo B khác trên tấm bìa.

- Xác định giao điểm của 2 đường thẳng. Đó chính là trọng tâm G của tấm bìa.

Thí nghiệm 2:

Học sinh tự tiến hành thí nghiệm theo cách làm ở Thí nghiệm 1 để kiểm chứng kết luận: “Trọng tâm của các vật phẳng, mỏng và có dạng hình học đối xứng nằm ở tâm đối xứng của vật”.

II. Lực căng

Hoạt động 1 trang 70 Vật Lí 10: Dựa vào Hình 17.4, hãy thảo luận và phân tích để làm sáng tỏ các ý sau đây:

- Những vật nào chịu lực căng của dây?

- Lực căng có phương, chiều thế nào?

Từ đó, nêu những đặc điểm (về phương, chiều, điểm đặt) của lực căng.

Lời giải:

- Cả tay người và vật đều chịu lực căng của dây.

- Lực căng dây có:

+ Điểm đặt: tại điểm tiếp xúc với vật (hoặc tay người)

+ Phương: trùng với phương của sợi dây.

+ Chiều: hướng từ hai đầu dây vào phần giữa của dây .

=> Đặc điểm của lực căng:

+ Điểm đặt: là điểm mà đầu dây tiếp xúc với vật.

+ Phương: trùng với phương của sợi dây.

+ Chiều: ngược với chiều của lực làm dãn dây.

Hoạt động 2 trang 70 Vật Lí 10: Hãy chỉ ra điểm đặt, phương, chiều của lực căng trong Hình 17.5a và 17.5b.

Lời giải:

- Hình 17.5a: Lực căng có:

+ Điểm đặt: là điểm mà đầu dây tiếp xúc với tay của 2 người.

+ Phương: trùng với phương của sợi dây.

+ Chiều: ngược với chiều của lực do tay 2 người kéo dãn dây.

- Hình 17.5b: Lực căng có:

+ Điểm đặt: là điểm mà đầu dây tiếp xúc với vật và tay người.

+ Phương: trùng với phương của sợi dây.

+ Chiều: ngược với chiều của lực do vật và người kéo dãn dây.

Câu hỏi 1 trang 71 Vật Lí 10: Một bóng đèn có khối lượng 500 g 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 được một lực căng giới hạn 5,5 N thì nó có bị đứt không?

Lời giải:

a) Biểu diễn các lực tác dụng lên bóng đèn: trọng lực và lực căng dây.

b) Đổi 500 g = 0,5 kg

Bóng đèn đang ở trạng thái cân bằng nên lực căng có độ lớn bằng trọng lực và bằng:

T = P = m.g = 0,5.9,8 = 4,9 N

c) Nếu dây treo chỉ chịu được một lực căng giới hạn 5,5 N thì nó không bị đứt. Vì lực kéo tác dụng vào dây vẫn nhỏ hơn lực căng giới hạn (4,9 N < 5,5 N).

Câu hỏi 2 trang 71 Vật Lí 10: Một con khỉ biểu diễn xiếc. Nó dùng tay nắm vào dây để đứng yên treo mình như Hình 17.7. Hãy cho biết trong hai lực căng xuất hiện trên dây (${\overrightarrow{T}}_1$ và ${\overrightarrow{T}}_2$), lực nào có độ lớn lớn hơn. Tại sao?

Lời giải:

Do con khỉ đang đứng yên treo mình nên có thể coi nó đang ở trạng thái cân bằng.

Các lực theo các phương Ox và Oy sẽ cân bằng với nhau.

Chiếu hai lực căng xuống phương của trục Ox ta được:

T₁.cos14° = T₂.cos20°

Do cos14° < cos20° => T₁ > T₂

Em có thể 1 trang 71 Vật Lí 10: Giải thích được trọng tâm của các vật phẳng, đồng chất, có dạng hình học đối xứng nằm ở tâm đối xứng của vật.

Lời giải:

Học sinh tự tiến hành thí nghiệm theo cách làm ở phần trên để kiểm chứng kết luận: “Trọng tâm của các vật phẳng, mỏng và có dạng hình học đối xứng nằm ở tâm đối xứng của vật”.

Em có thể 2 trang 71 Vật Lí 10: Giải thích được tại sao các vệ tinh nhân tạo của Trái Đất cuối cùng đều rơi xuống Trái Đất.

Lời giải:

Các vệ tinh nhân tạo của Trái Đất bay xung quanh Trái Đất để làm các nhiệm vụ khác nhau, khi chúng hết nhiên liệu không thể bay được nữa, dưới tác dụng của lực cản của không khí trong khí quyển sẽ làm cho chúng chuyển động chậm dần rồi dừng lại, dưới tác dụng của trọng lực của Trái Đất sẽ hút chúng về phía Trái Đất.

Các vệ tinh sẽ rơi xuống Trái Đất.

Xem thêm lời giải bài tập SGK Vật lí lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 15: Định luật 2 Newton

Bài 16: Định luật 3 Newton

Bài 18: Lực ma sát

Bài 19: Lực cản và lực nâng

Bài 20: Một số ví dụ về cách giải các bài toán thuộc phần động lực học