Làm thế nào để nâng cao mức vững vàng của vật cho ví dụ

Xem thêm các sách tham khảo liên quan:

Giải Bài Tập Vật Lí 10 – Bài 20 : Các dạng cân bằng. Cân bằng của một vật có mặt chân đế giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:

C1. ( trang 104 sgk Vật Lý 10): Hãy xác định mặt chân đế của khối hộp ở các vị trí 1, 2, 3, 4.

Trả lời:

Vị trí 1: Mặt chân đế là mặt cắt AB (mặt ABA‘B‘)

Vị trí 2: Mặt chân đế là mặt cắt AC (mặt ACA‘C‘)

Vị trí 3: Mặt chân đế là cạnh AD (mặt ADA‘D‘)

Vị trí 4: Mặt chân đế là cạnh AA‘

Với A‘, B‘, C‘, D‘ là các điểm ứng với A, B, C , D ở trên hình hộp.

C2. ( trang 104 sgk Vật Lý 10): Hãy trả lời các câu hỏi ở phần mở bài.

Trả lời:

+ Khi chất trên nóc ô tô nhiều hàng, sẽ làm cho trọng tâm của toàn bộ ô tô nâng cao hơn, giá của trọng lực sẽ dễ đi ra ngoài mặt chân đế khi ô tô qua chỗ đường nghiêng, do đó ô tô dễ bị lật.

+ Ở con lật đật, trọng tâm nằm gần sát mặt đáy. Toàn bộ khối lượng của con lật đật coi như tập trung ở trọng tâm, do đó không lật đổ được con lật đật.

Lời giải:

– Cân bằng không bền: Trọng tâm của vật nằm cao hơn trục quay. Khi vật bị lệch ra khỏi vị trí cân bằng thì không tự trở về trạng thái ban đầu được.

– Cân bằng bền: Trọng tâm của vật ở thấp hơn trục quay. Vật luôn có thể tự trở về trạng thái cân bằng ban đầu được.

– Cân bằng phiếm định : Trục quay đi qua trọng tâm của vật. Vật cân bằng ở mọi vị trí.

Lời giải:

– Tùy vị trí trọng tâm của vật cao hơn, thấp hơn hay bằng với trục quay mà ảnh hưởng quyết định đến dạng cân bằng của vật: Trọng tâm cao hơn trục quay, vật cân bằng không bền, thấp hơn trục quay vật cân bằng bền, trục quay đi qua trọng tâm vật cân bằng phiếm định.

– Trọng tâm càng thấp, diện tích mặt chân đế càng rộng thì mức vững vàng của vật càng cao.

Lời giải:

Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế (hay trọng tâm “rơi ” trên mặt chân đế). Muốn tăng mức vững vàng của vật có mặt chân đế thì hạ thấp trọng tâm vật và tăng diện tích mặt chân đế của vật.

a) Nghệ sĩ xiếc đang đứng trên dây (Hình 20.7).

b) Cái bút chì được cắm vào con dao nhíp (Hình 20.8).

c)quả cầu đồng chất trên một mặt có dạng như Hình 20.9.

Lời giải:

a) Cân bằng không bền. Vì khi trọng tâm của nghệ sĩ xiếc bị lệch khỏi vị trí cân bằng, nó sẽ không trở về vị trí cũ nữa.

b) Cân bằng bền. Vì trọng tâm của hệ lúc này đặt gần sát ngón tay nên nếu đẩy nhẹ bút chì lệch một ít thì nó vẫn trở về được vị trí cân bằng ban đầu.

c) Quả cầu trên cao: Cân bằng không bền. Vì nếu đẩy nhẹ quả cầu ra thì nó sẽ lăn xuống dưới, không trở về vị trí cân bằng ban đầu được.

Quả cầu bên trái: Cân bằng phiếm định. Vì nếu đẩy quả cầu ra vị trí mới thì nó thiết lập vị trí cân bằng ngay tại đó, khác vị trí lúc đầu.

Quả cầu bên phải: Cân bằng bền. Vì khi cho quả cầu lệch khỏi vị trí cân bằng thì nó lăn trở lại vị trí cân bằng ban đầu.

a) Đèn để bàn.

b) Xe cần cẩu.

c) Ô tô đua.

Lời giải:

a) Chân đèn phải nặng và mặt chân đế rộng.

b) Xe phải rất nặng và phải có mặt chân đế rất rộng bằng cách bố trí các cánh tay và điểm tựa di động.

c) Ô tô đua phải có trọng tâm thấp, mặt chân đế rộng.

Lời giải:

Khi chở thép, trọng tâm của cả xe và hàng là thấp nhất trong các trường hợp đã cho, nên mức vững vàng của xe lớn hơn, xe khó bị đổ nhất.

Khi chở vải, vì vải nhẹ nên với cùng khối lượng với thép và gỗ thì kích thước thùng hàng vải là lớn nhất làm cho trọng tâm của xe và hàng cao nhất trong các trường hợp. Do đó xe dễ bị đổ nhất.

 1. Kiến thức

  - Phân biệt được các dạng cân bằng: bền, không bền và cân bằng phiếm định.

2. Kỹ năng

  - Xác định được một dạng cân bằng là bền hay không bền.

  - Xác định được mặt chân đế của một vật đặt trên một mặt phẳng đỡ.

  - Vận dụng được điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế.

  - Biết cách làm tăng mức vững vàng của cân bằng.

  - Biết cách làm tăng mức vững vàng của cân bằng.

Vậy liệu rằng trạng trạng thái cân bằng của các vật khác nhau có giống nhau không? Và nếu khác nhau thì khác nhau như thế nào?

Tại sao ô tô chất trên nóc nhiều hàng nặng dễ bị lật đổ chỗ đường nghiêng?

Tại sao tháp Pi-da ( Roma, Ý ) nghiêng mà không ngã?

Trong bài này ta sẽ nghiên cứu để tìm ra tính chất khác nhau của các trạng thái cân bằng hay các dạng cân bằng.

I - CÁC DẠNG CÂN BẰNG

 1. Cân bằng không bền

Một vật bị lệch ra khỏi vị trí cân bằng không bền thì không thể tự trở về vị trí đó (Hình 20.1).

  2. Cân bằng bền

Một vật bị lệch ra khỏi  VTCB bền thì tự trở về VT đó (Hình 20.2)

 3. Cân bằng phiếm định

 Một vật bị lệch ra khỏi  VTCB phiếm định thì sẽ ở VTCB mới (Hình 20.3).

                        Hình 20.3  

1. Nguyên nhân nào gây nên các dạng cân bằng khác nhau? (So sánh vị trí điểm đặt của trọng lực hay trọng tâm của vật ở VTCB so với các VT lân cận trong từng trường hợp trong 3 trường hợp cùng một vật như hình 20.5?) 2. Hình dưới đây thuộc dạng cân bằng nào?

II - CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ MẶT CHÂN ĐẾ  1. Mặt chân đế là gì?   Mặt chân đế là hình đa giác lồi nhỏ nhất bao bọc tất cả các diện tích tiếp xúc.  2. Điều kiện cân bằng   Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế (hay trọng tâm rơi trên mặt chân đế). Hình 20.4. Ảnh "lạ và độc      Hình 20.5. hay ghép ảnh - một sản phẩm từ photoshop!? 3. Em hãy giải thích 2 hình ảnh "lạ và độc" 20. 6a, b trên?   3. Mức vững vàng của cân bằng  Phụ thuộc vào độ cao của trọng tâm và diện tích mặt chân đế.   Muốn tăng mức vững vàng thì hạ thấp trọng tâm và tăng diện tích mặt chân đế (Hình 20.7)

Hình 20.7: Xe cần cẩu

Có 3 dạng cân bằng là cân bằng bền, cân bằng không bền và cân bằng phiếm định. Khi vật bị kéo ra khỏi vị trí cân bằng một chút mà trọng lực của vật có xu hướng: -         - kéo nó trở về vị trí cân bằng, thì đó là vị trí cân bằng bền; -         - kéo nó ra xa vị trí cân bằng, thì đó là vị trí cân bằng không bền; -         - giữ nó đứng yên ở vị trí mới thì đó là cân bằng phiếm định. Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế (hay trọng tâm “rơi” trên mặt chân đế). Muốn tăng mức vững vàng của vật có mặt chân đế thì hạ thấp trọng tâm và tăng diện tích mặt chân đế của vật.

Câu 1. Có bao nhiêu dạng cân bằng của một vật có mặt chân đế?

Câu 2. Thế nào là dạng cân bằng bền, không bền, phiếm định?

Câu 3. Nêu nguyên nhân gây nên các dạng cân bằng?

Câu 4. Nêu khái niệm mặt chân đế?

Câu 5. Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế?

Câu 6. Mức vững vàng của cân bằng của một vật có mặt chân đế phụ thuộc vào những yếu tố nào? Cho ví dụ về ứng dụng trong thực tế.