Giải SGK Vật Lí 10 (Cánh diều) Bài tập chủ đề 2 trang 76, 77, 78

Giải Vật Lí 10 Bài tập chủ đề 2 trang 76, 77, 78

Bài 1 trang 76 Vật Lí 10: Một người có khối lượng 60,0 kg đi trên xe đạp có khối lượng 20,0 kg. Khi xuất phát, hợp lực tác dụng lên xe đạp là 200 N. Giả sử hợp lực tác dụng lên xe đạp không đổi, hãy tính vận tốc của xe đạp sau 5,00 s.

Lời giải:

Tổng khối lượng của hệ (người + xe) là: m = 60 + 20 = 80 kg.

Gia tốc của hệ: $a=\frac{F}{m}=\frac{200}{80}=2,5m/s^2$

Vận tốc của xe sau 5 giây:

$v=v_o+at=0+2,5.5=12,5m/s$ (coi vận tốc ban đầu bằng 0)

Bài 2 trang 76 Vật Lí 10: Từ công thức liên quan, hãy biểu diễn đơn vị của áp suất và khối lượng riêng qua các đơn vị cơ bản trong hệ SI.

Lời giải:

- Công thức tính áp suất: $p=\frac{F}{S}$

+ Đơn vị lực F là N (niuton)

+ Đơn vị diện tích S là m²

Đơn vị của áp suất là Pa, 1 Pa = 1 N/m².

- Công thức tính khối lượng riêng: $\rho =\frac{m}{V}$

+ Đơn vị khối lượng m là kg

+ Đơn vị thể tích V là m³

$\Rightarrow$ Khối lượng riêng có đơn vị là kg/m³.

Bài 3 trang 76 Vật Lí 10: Một thiết bị vũ trụ có khối lượng 70,0 kg. Khi thiết bị này cất cánh từ bề mặt Mặt Trăng, lực nâng hướng thẳng đứng, lên khỏi bề mặt Mặt Trăng do động cơ tác dụng lên thiết bị là 500 N. Gia tốc rơi tự do trên bề mặt Mặt Trăng là 1,60 m/s². Hãy xác định:

a) Trọng lượng của thiết bị này khi ở trên Mặt Trăng.

b) Tổng hợp lực nâng của động cơ và lực hấp dẫn của Mặt Trăng tác dụng lên thiết bị.

c) Gia tốc của thiết bị khi cất cánh từ bề mặt Mặt Trăng.

Lời giải:

a) Trọng lượng của thiết bị ở trên Mặt Trăng là:

P = mg = 70.1,6 = 112 N

b) Do trọng lực tác dụng lên thiết bị có phương thẳng đứng, hướng từ trên xuống dưới, lực nâng có phương thẳng đứng hướng từ dưới lên trên, nên 2 lực thành phần tác dụng lên thiết bị cùng phương nhưng ngược chiều.

Khi đó độ lớn hợp lực tác dụng lên thiết bị là

$F=\left|F_n-P\right|=\left|500-112\right|=388N$

c) Gia tốc của thiết bị là: $a=\frac{F}{m}=\frac{388}{70}=5,543m/s^2$

Bài 4 trang 76 Vật Lí 10: Gọi tên và mô tả hướng của các lực trong các tình huống thực tế sau:

a) Một vật nằm ở đáy bể.

b) Quả táo rụng xuống đất.

c) Người ngồi trên xích đu.

Lời giải:

a) Một vật nằm ở đáy bể. 

Các lực tác dụng lên vật gồm:

+ Trọng lực: có phương thẳng đứng, hướng từ trên xuống dưới.

+ Lực đẩy Ác si mét: có phương thẳng đứng, hướng từ dưới lên.

b) Quả táo rụng xuống đất. 

Các lực tác dụng lên quả táo gồm:

+ Trọng lực: có phương thẳng đứng, hướng từ trên xuống dưới.

+ Lực cản không khí (lực ma sát): có phương thẳng đứng, hướng từ dưới lên.

c) Người ngồi trên xích đu.

+ Trọng lực: có phương thẳng đứng, hướng từ trên xuống dưới.

+ Phản lực của ghế xích đu: có phương thẳng đứng, hướng từ dưới lên.

Bài 5 trang 77 Vật Lí 10: Người ta thả một quả cầu kim loại vào một ống hình trụ chứa đầy dầu. Lúc đầu, quả cầu chuyển động nhanh dần. Sau một khoảng thời gian thì nó chuyển động với tốc độ không đổi. Hãy giải thích:

a) Tại sao lúc đầu quả cầu tăng tốc?

b) Tại sao sau một thời gian thì quả cầu chuyển động đều?

c) Tại sao nói nếu ống đủ cao thì vận tốc khi quả cầu chuyển động đều là vận tốc cuối của nó?

Lời giải:

a) Các lực tác dụng lên quả cầu gồm trọng lực và lực đẩy Ác si mét, áp lực của dầu.

Do ban đầu trọng lực có độ lớn lớn hơn lực đẩy Ác si mét và áp lực của dầu nên vật sẽ chuyển động nhanh.

b) Sau một thời gian quả cầu càng xuống sâu, nên áp suất càng tăng dẫn đến áp lực của dầu tác dụng lên quả cầu tăng, đến khi áp lực và lực đẩy Ác si mét cân bằng với trọng lực nên quả cầu chuyển động đều.

c) Nếu ống đủ cao khi đó quả cầu sẽ có đủ thời gian để duy trì trạng thái chuyển động. Theo định luật I Newton, vật đang chuyển động đều mà hợp lực tác dụng lên vật bằng không thì vật có xu hướng bảo toàn chuyển động tức là sẽ giữ nguyên trạng thái chuyển động đều đó, vận tốc của chuyển động đều là vận tốc cuối của nó.

Bài 6 trang 77 Vật Lí 10: Một người kéo dây để giữ thùng hàng như hình 1. Trên hình đã biểu diễn hai lực.

a) Chỉ ra lực còn lại tạo thành cặp lực – phản lực theo định luật III Newton với mỗi lực này. Nêu rõ vật mà lực đó tác dụng lên, hướng của lực và loại lực.

b) Biểu diễn các lực tác dụng lên thùng hàng.

c) Biểu diễn các lực tác dụng lên người.

Lời giải:

a)

- Đối với thùng hàng sẽ có cặp lực – phản lực là: trọng lực và lực căng của sợi dây.

+ Trọng lực P của thùng hàng tác dụng vào dây treo, hướng xuống dưới.

+ Lực căng dây tác dụng vào thùng hàng, hướng lên trên. 

- Đối với người sẽ có cặp lực – phản lực là: trọng lực và phản lực của mặt đất tác dụng lên người.

+ Trọng lực P của người tác dụng vào mặt đất tạo thành áp lực, hướng xuống dưới.

+ Phản lực N của mặt đất tác dụng lên người, hướng lên trên.

b) Thùng hàng chịu tác dụng của trọng lực và lực căng dây

c) Người chịu tác dụng của trọng lực, phản lực của mặt đất và lực căng dây.

Bài 7 trang 77 Vật Lí 10: Độ sâu của nước trong một bể bơi thay đổi trong khoảng từ 0,80 m đến 2,40 m. Khối lượng riêng của nước = 1,00.10³ kg/m³ và áp suất khí quyển là 1,01.10⁵ Pa.

a) Tính áp suất lớn nhất tác dụng lên mỗi điểm ở đáy bể bơi.

b) Ở đáy bể có một nắp ống thoát nước hình tròn, bán kính 10,0 cm. Tính lực cần thiết để nhấc nắp này lên, bỏ qua trọng lượng của nắp.

c) Từ kết quả ở câu b, hãy đề xuất phương án bố trí ống thoát nước của bể bơi để có thể thoát nước dễ dàng hơn.

Lời giải:

a) Áp suất ở đáy bể: $p=p_o+\rho gh=1,{01.10}^5+{10}^3.9,8.2,4=124520Pa$

b) Khi nhấc nắp thì nắp sẽ chịu tác dụng của áp lực của nước, muốn nhấc được nắp lên thì lực cần thiết phải lớn hơn hoặc bằng áp lực đó.

$F=p.S=p.\pi .R^2=124520.\pi .0,1^2=3912N$

c) Phương án thiết kế bố trí ống thoát nước của bể bơi.

Nắp ống thoát nước đặt ở vị trí màu đen sẽ dễ dàng thoát nước hơn, vì áp lực của nước tác dụng lên nắp đen nhỏ hơn áp lực của nước tác dụng lên nắp xanh.

Bài 8 trang 77 Vật Lí 10: Khối lượng riêng của thép là 7850 kg/m³. Tính khối lượng của một quả cầu thép bán kính 0,150 m. Cho biết công thức tính thể tích của khối cầu là $V=\frac{4}{3}\pi r^3$, với r là bán kính quả cầu.

Lời giải:

Thể tích quả cầu: $V=\frac{4}{3}\pi r^3=\frac{4}{3}\pi .0,{15}^3=0,014m^3$

Khối lượng quả cầu: $m=\rho V=7850.0,014=109,9kg$

Bài 9 trang 77 Vật Lí 10: Một thùng hàng trọng lượng 500 N đang trượt xuống dốc. Mặt dốc tạo với phương ngang một góc 30,0⁰. Chọn hệ tọa độ vuông góc xOy sao cho trục Ox theo hướng chuyển động của thùng.

a) Vẽ giản đồ vectơ lực tác dụng lên thùng.

b) Tính các thành phần của trọng lực theo các trục tọa độ vuông góc.

c) Giải thích tại sao lực pháp tuyến của dốc lên thùng hàng không có tác dụng kéo thùng hàng xuống dốc?

d) Xác định hệ số ma sát trượt giữa mặt dốc và thùng hàng nếu đo được gia tốc chuyển động của thùng là 2,00 m/s². Bỏ qua lực cản của không khí lên thùng.

Lời giải:

a) Giản đồ vectơ lực tác dụng lên thùng.

b) Từ hình vẽ phân tích trọng lực $\overrightarrow{P}$ thành 2 lực thành phần, $\overrightarrow{P_x}$ trên trục Ox, $\overrightarrow{P_y}$ trên trục Oy. Dựa vào kiến thức toán học tính được độ lớn các lực thành phần:

$P_x=P.\sin \alpha =500.\sin {30}^o=250N$

$P_y=P.\cos \alpha =500.\cos {30}^o=250\sqrt{3}N$

c) Lực pháp tuyến $\overrightarrow{N}$ của dốc lên thùng hàng không có tác dụng kéo thùng hàng xuống dốc, vì:

+ Khi phân tích lực pháp tuyến $\overrightarrow{N}$ trên các trục tọa độ thì trên trục Ox không có lực thành phần của $\overrightarrow{N}$ mà toàn bộ sẽ ở trên trục Oy.

+ Thùng hàng chuyển động theo phương của trục Ox nên lực $\overrightarrow{N}$ không gây ra tác dụng lực lên phương chuyển động Ox.

d) Từ hình vẽ xác định được các lực tác dụng lên thùng hàng thỏa mãn định luật II Newton có biểu thức: $\overrightarrow{N}+\overrightarrow{F_{ms}}+\overrightarrow{P_x}+\overrightarrow{P_y}=m\overrightarrow{a}$

Chiếu biểu thức trên lên 2 trục tọa độ đã chọn có:

$\left\{\begin{array}{l}Ox:P_x-F_{ms}=ma\\ Oy:N-P_y=0\end{array}\right.\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}P.\sin \alpha -\mu .N=ma\\ N=P.\cos \alpha \end{array}\right.$ 

Do vật chuyển động trên trục Ox, trên trục Oy không có chuyển động nên gia tốc trên trục Oy bằng 0

Khi đó: $P\sin \alpha -\mu .P.\cos \alpha =ma$

$\Rightarrow \mu =\frac{g\sin \alpha -a}{g\cos \alpha }=\tan \alpha -\frac{a}{g.\cos \alpha }$

$\Rightarrow \mu =\tan {30}^0-\frac{2}{9,8.cos{30}^0}=0,342$

Bài 10 trang 78 Vật Lí 10: Nêu ý nghĩa của:

a) Ngẫu lực.

b) Mômen ngẫu lực.

Lời giải:

a) Ngẫu lực.

+ Là hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng đặt vào một vật.

+ Có tác dụng làm quay chứ không làm cho vật tịnh tiến.

b) Mômen ngẫu lực.

Mômen của ngẫu lực chỉ phụ thuộc vào khoảng cách giữa giá của hai lực, không phụ thuộc vào điểm đặt của mỗi lực tác dụng hay vị trí trục quay của vật.

Bài 11 trang 78 Vật Lí 10: Hình 2 mô tả cấu trúc bên trong của một cánh tay người đang giữ một vật nặng. Búi cơ cung cấp một lực hướng lên. Lực của búi cơ có tác dụng làm cẳng tay quay ngược chiều kim đồng hồ quanh trục quay là khớp khuỷu tay. Tay sẽ giữ được vật nặng nếu mômen của lực tác dụng bởi búi cơ bằng với mômen lực gây ra bởi trọng lượng của vật nặng đối với khớp khuỷu tay. Biết người này đang giữ vật nặng có trọng lượng 50 N. Hãy xác định độ lớn của lực sinh ra bởi búi cơ.

Lời giải:

Khi vật nặng được giữ cân bằng thì mômen của lực tác dụng bởi búi cơ bằng với mômen lực gây ra bởi trọng lượng của vật nặng đối với khớp khuỷu tay.

Suy ra: $M_1=M_2\Rightarrow F_1{d}_1=F_2{d}_2$

Trong đó:

+ F₁ là lực tác dụng bởi búi cơ,

+ d₁ là khoảng cách từ giá của lực F₁ đến khớp khuỷu tay (chính là trục quay).

+ F₂ là trọng lực do Trái Đất tác dụng lên vật nặng (chính là trọng lượng của vật nặng)

+ d₂ là khoảng cách từ giá của lực F₂ đến khớp khuỷu tay.

Thay số ta được: $F_1.4=50.35\Rightarrow F_1=437,5N$

Độ lớn của lực sinh ra bởi búi cơ là 437,5 N.

Xem thêm lời giải bài tập SGK Vật lí lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 5:Tổng hợp và phân tích lực

Bài 6: Mômen lực. Điều kiện cân bằng của vật

Bài 1: Năng lượng và công

Bài 2: Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

Bài tập chủ đề 3