Vận dụng lý thuyết cân bằng...

03-11-2011

VẬN DỤNG LÝ THUYẾT CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN ĐỂ GIẢI THÍCH MỘT SỐ HIỆN TƯỢNG THỰC TẾ

I.                  Cơ sở lý thuyết:

1.    Điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của 3 lực không song song.

 Muốn cho một vật chịu tác dụng của 3 lực không song song ở trạng thái cân bằng thì:

-         Ba lực đó phải có giá đồng phẳng và đồng quy.

-         Hợp lực của 2 lực phải cân bằng với lực thứ ba. ₁+₂= -₃.

2.    Momen lực. quy tăc momen:

-         Momen lực: Momen lực đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó.M = F.d.

-         Quy tắc momen: M₁ = M₂

M₁: Là tổng các momen có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ

M₂: Là tổng các momen có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ

3. Quy tắc hợp lực song song cùng chiều:

F₁ + F₂ = F

F₁/d₁ = F₂/d₂

4.    Điều  kiện cân bằng của vật có mặt chân đế:

Giá của trọng lực phải đi qua mặt chân đế.

5.    Ngẫu lực: Là hệ 2 lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật. Ngẫu lực tác dụng vào một vật chỉ làm cho vật quay chứ không tịnh tiến

Momen ngẫu lực: M = F₁d₁ + F₂d₂

                            M = Fd với F = F₁ = F₂ và d = d₁ + d₂.

II. Bài tập định tính và thực tế:

Bài 1: Vì sao khi bẩy một hòn đá rất nặng người ta thường phải dùng một xà-beng mà không dùng vật khác như dao hay búa chẳng hạn.

-         Giải thích : Vì hòn đá rất to và nặng,do đó muốn bẩy hòn đá, làm cho hòn đá chuyển động, mà không mất nhiều sức thì ta phải dùng xabeng (dài, làm bằng sắt)  để giảm bớt lực cho chúng ta, vì theo quy tắc momen là M₁ = M₂ trong đó M₁ là momen lực do tay chúng ta tác dụng lên xàbeng làm cho nó quay theo chiều kim đồng hồ còn M₂ là momen trọng lực của hòn đá.

Trọng lực của hòn đá rát lớn do đó ta cần dùng một xà beng dài để tiết kiệm lực.

Bài 2: Vì sao khi gập khuỷu tay lại ta có thể nâng được một vật nặng hơn so với trường hợp duỗi tay theo phương ngang?

-         Giải thích : Khi ta duỗi tay theo phương ngang – cánh tay đòn là d₁.

 Khi ta gập tay cánh tay đòn là d₂ = d₁.cos< d₁.

Do đó cùng với một lự nâng của cánh tay nhưng nếu d₂ < d₁ thì ta có thể nâng được vật m₂ (P₂) > m₁(P₁) theo quy tắc momen

Bài 3: Hãy giải thích nguyên tắc hoạt động của cân đĩa .

-         Giải thích: Theo quy tắc momen. Nếu ta gọi M là khối lượng của quả cân đã biết va m khối lượng của vật cần xác định thì ta có: M₁ = M₂ hay M.g.d₁ = m.g.d₂ với d₁=d₂ thì  M=m do đó ta xác định được khối lượng của vật nhờ cân theo quy tắc momen.

Bài 4: Khi đi xe máy, xe đạp cần phanh gấp người lái xe thường dùng phanh sau mà không dùng phanh trước làm như vậy có lợi gì?

-          

-         Giải thích:  Khi đi xe đạp hay xe máy nếu ta phanh gấp bánh xe trước nghĩa là ta tác dụng vào bánh xe trước một lực hãm rất lớn thì theo quy tắc momen  sẽ xuất hiện một lực nâng lên từ phía sau làm lật xe (nâng xe lên), rất nguy hiểm.

Bài 5:  Một người gánh một thùng gạo nặng 300N và một thùng ngô nặng 200N. Đòn gành dài 1m, hỏi vai người đó phải đặt  ở điểm nào và chịu một lực bằng bao nhiêu để cho đòn gánh nằm ngang? Bỏ qua trọng lượng của đòn gánh?

-         Giải thích: Bài này ta sẽ sử dụng quy tắc hợp lực của 2 lực song song cùng chiều.  Khi đó lực đặt lên vai người là: F = F₁ + F₂ = 500N và với:

-         F₁/d₁ = F₂/d₂

-         d₁ + d₂ = d = 1m

Ta tìm được d₁ = 40cm và d₂ =60cm nghĩa là vai người cách thùng gạo 40cm và cách thúng ngô 60cm.

Bài 6: Những người làm xiếc khi đi trên dây thường cầm trên tay một cái sào dài theo phương vuông góc với dây. Cái sào này có tác dụng gì? (Cân bằng của người làm xiếc trên dây là cân bằng gì?)

-         Giải thích:  Muốn cân bằng trên dây , trọng tâm của người làm xiếc và sào phải nằm trên đường thẳng đứng đi qua điểm tiếp xúc của chân và dây. Cái sào giúp cho người trên dây dễ điều chỉnh hơn. Cân bằng của người trên dây là cân bằng không bền, giữ cho cân bằng không bền trong thời gian dài đó chính là sự háp dẫn của môn xiếc.

Bài 7: Đang ngồi trên ghế, muốn đứng dậy ta phải nghiêng người về phía trước. Hãy giải thích tại sao?

-         Giải thích: Khi ngồi trên ghế, trọng tâm của người và ghế rơi vào mặt chân đế  của ghế. Khi muốn đứng dậy, tách khỏi ghế, cần phải làm sao cho trọng tâm của ngưởii đúng vào mặt chân đế của họ.  Động tác nghiêng người về phía trước là để  lấy  trọng tâm của người rơi  vào  đúng mặt chân đế của chính người ấy.

Bài 8: Hai người cùng chèo bằng cái thuyền thúng bằng hai mái chèo, vậy thuyền thúng này sẽ chuyển động như thế nào nếu 2 người chèo cùnh hướng và 2 người chèo ngược hướng?

-         Giải thích: Nếu 2 người chèo cùng hướng thì thuyền sẽ chuyển động tịnh tiến

Nếu 2 người chèo ngược hướng thì sẽ tạo thành một ngẫu lực làm cho thuyền thúng xoay tròn.

          Bài 9: Những người công nhân khi vác những bao hàng nặng thường chúi người về phía trước là vì sao?

-         Giải thích: Khi vác thêm bao hàng nặng, trọng tâm của người và bao đã có sự thay đổi do đó người phải chúi xuống một chút để trọng tâm này rơi vào đúng mặt chân đế (là hai bàn chân).

                                                               Trần Thị Phương Mai

                                                                               Tổ lý