Khái niệm trọng lực đợc đa vào vật lý ngay từ chơng trình lớp 6 nhng khi hiểu, biểu diễn và vận dụng để giải bài tập học sinh còn gặp một số khó khăn.. Nếu không đợc khắc sâu về vấn đề n[r]
Trang 1Trọng lực
Biểu diễn trọng lực để làm bài tập vật lý
Phần: Đòn bẩy
Đặt vấn đề:
Trọng lực là một lực rất quen thuộc tác dụng lên ngời và mọi vật Khái niệm trọng lực đợc
đa vào vật lý ngay từ chơng trình lớp 6 nhng khi hiểu, biểu diễn và vận dụng để giải bài tập học sinh còn gặp một số khó khăn Nếu không đợc khắc sâu về vấn đề này học sinh dễ bị lệch lạc khi quan niệm để giải bài tập thuộc chơng trình vật lý nhất là vật lý nâng cao Tôi xin phép đợc trình bày một số vấn đề khắc sâu khái niệm trọng lực bằng các bài tập để học sinh ghi nhớ nắm vững phần này
Trọng lực:
Là lực hút của trái đất lên một vật Bên cạnh khái niệm trọng lực còn có khái niệm trọng l-ợng: là lực tác dụng của một vật lên dây treo hay giá đỡ Trọng lực và trọng l ợng giống nhau về độ lớn phơng chiều nhng khác nhau nhau về điểm đặt Trọng lợng của một vật thay đổi theo vị trí của vật trên trái đất Hai vật bất kỳ ở lợng của một vật là m, trọng lợng
là P ta có công thức:
P1
p2
m2 (1)
Hình trụ mẫu quốc tế có khối lợng 1kg ở Pa ri có trọng lợng 9,81N Vậy 9,81 là hệ số tỷ lệ cho mọi vật ở cùng một nơi ký hiệu là: g = 9,81
Công thức (1) có thể viết thành:
P1
m1
=P2
m2
= .P
m=g
Hay P = m.g
Khối lợng m đo bằng kilôgam (kg)
g là hề số có đơn vị là N/kg
Trọng lợng của quả cân mẫu thay đổi tùy theo vị trí của nó trên mặt đất nghĩa là hệ số g thay đổi tùy theo từng nơi trên mặt đất ở Hà Nội g = 9,783; ở TP Hồ Chí Minh g = 9,787 Khi không cần đến độ chính xác cao ta có thể lấy g = 9,8 N/kg hoặc g = 10 N/kg
Ta có thể hiểu trọng lực là lực hút về tâm của trái đât Trọng lự tác dụng lên một vật thay
đổi theo vị trí của nó trên trái đất nên khi đa một vật từ xích đạo đến địa cực trọng lợng của
nó tăng 0,005 trị số Cứ đa một vật lên cao 1 km thì trọng lợng của nó giảm 0,00003 trị số
=> càng xa tâm quả đất lực hút của trái đất lên một vật càng giảm Tới vị trí lực hút này bằng 0 thì xảy ra trạngj thái mất trọng lợng
Vì có trọng lợng nên chất lỏng gây ra áp suất trong bình (p = h.d) và chất khí, không khí gây ra áp suất khí quyển Pk = h.dtn = 0,76.136000 =103360N/m3.(thí nghiệmTorixenli)
Biểu diễn trọng lực:
Điểm đặt: ở trọng tâm của vật Trọng lực Hớng: Phơng: thẳng đứng
Chiều: trên xuống
Độ lớn: P = m.g = V.D.g = V.d
Với một thanh đồng chất, tiết diện đều trọng lợng đợc biểu diễn trung tâm của thanh đó
Trang 2P
Khi gặp bài toán lực tác dụng có điểm tựa hay dây treo ta có thể biểu diễn trọng lực cân bằng với các lực tác dụng làm cho thanh thăng bằng:
A O B
F
P
a) P.OI = F.OA
A M O N B
P1
F
P2
F.OA + P1.OM = P2.ON
Trong đó:
+ F là lực tác dụng vào đầu A
+ P1 là trọng lợng đoạn OA
+P2 là trọng lợng đoạn OB
Bài tập ví dụ:
Ví dụ 1:
Ngời ta muốn cân một vật nhng trong tay không có cân mà chỉ có một thanh cứng đồng chất có tiết diện đều trọng lợng của thanh là P = 3N và một quả cân có khối lợng 0,3kg Ngời ấy đặt thanh lên một điểm tựa O treo vật vào đầu A Khi treo quả cân vào điểm B thì thấy hệ thống thăng hằng Đo khoảng cách giữa các điểm thấy:
OA = 1/4l; OB = 1/2l
Xác địnhkhối lợng vật cần cân?
Hớng dẫn hoc sinh biểu diễn lực, trọng lực và giải:
A O I B C
P
P2
P1
Các lực tác dụng lên thanh AC
+ Trọng lợng P1, P2 của các vật treo tại A và B
Trang 3+ Trọng lợng P của thanh đặt tại trung điểm của thanh AC: OI = l
4 Thanh cân bằng khi: P1.OA = P.OI + P2.OB
Suy ra: P1 = P OI+P2 OB
OA
P = 3N; P2 = 10.0,3 = 3N
Ta có: P1 =
3 1
4l+3.
1
2l 1
4 l
=9 N
Khối lợng vật cần cân là: m1 = P1
10=
9
10=0,9 (kg).
Khi vật (hoặc một phần của vật)
nhúng ngập trong nớc có hai lực FA
tác dụng lên vật:
trọng lợng P và lực đẩy Acsimet
Ví dụ 2: Một thanh mảnh đồng chất phân bố đều
khối lợng co thể quay quanh trục O phía trên
Phần dới thanh nhúng ngập trong nớc, khi cân P
bằng thanh nằm nghiêng nh hình vẽ mọt nửa chiều dài nằm trong nớc Hãy xác định khối lợng riêng của chất làm thanh đó?
Hớng dẫn học sinh biểu diễn lực và giải:
Khi thanh cân bằng các lực tác dụng lên thanh gồm:
Trọng lực P: Biểu diễn ở giữa thanh
Lực đẩy ácimet FA biểu diễn ở giữa phần chìm của thanh
A O
d1
M FA
d2
N P
P và FA đợc biểu diễn nh trên hình vẽ
Gọi l là chiều dài của thanh
Phơng trình cân bằng lực: F A
P =
d1
d2
1
2 l 3
4 l
= 2
3 (1)
Gọi Dn là khối lợng riêng của nớc
D là khối lợng riêng của chât làm thanh
m là khối lợng riêng của thanh
S là tiết diện của thanh
Lực đẩy Acsimet FA = S l
2. Dn.10 (2)
Trọng lợng của thanh P = 10m = 10.l.S.D(3)
Thay (2)(3) vào (1) suy ra:
3
2 .S.l.Dn.10 = 2.10.l.S.D
Trang 4 khối lợng riêng của thanh: D = 3
4 .Dn VậyD = 3
4 .Dn = 3
4 10 000 = 7500(kg/m3)
Từđó học sinh có thể làm bài tập tơng tự:
Một thanh đồng chất tiết diện đều một đầu nhúng vào nớc đầu kia dựa vào thành chậu tại
OA =1/2 OB
Khi thanh nằm cân bằng mực nớc ở chính giữa thanh Tìm khối lợng riêng D của thanh biết khối lợng riêng của nớc là Dn = 10000kg/m3
A
Quy tắc cân O FA
bằng ta có: H M
P.MH = FA.NK K N
Theo định lý Talet ta có:
P
MH
NK =
OM
ON
Tơng tự bài trên ta giải đợc D = 1250 kg/m3
Ví dụ 3:
Một thanh AB co trọng lợng P = 100N
a Đầu tiên thanh đợc đặt thẳng đứng chịu tác dụng của một lực F = 200N theo phơng nằm ngang Tìm lực căng dây AC Biết AB = BC(hình a)
b Sau đó ngời ta đặt thanh nằm ngang gắn vào tờng nhờ bản lề tại B Tìm lực căng dây
AC lúc này (AB = BC) (hình b)
Thanh chịu tác dụng của lực F A
và T (Do trọng lợng P đi qua điểm B
nên không ảnh hởng đến sự quay) T
Theo quy tắc cân bằng ta có:
F.AB = T.BH H P
Với BH = AB √2
2 (H là tâm hình vuông mà tam giác ABC là nửa hình vuông đó)
C B
Từ đó : T = AB
BH F=
√2
2 F=F √2=> T =200 √2 (N) (hình a)
b Lúc này theo quy tắc cân bằng ta có: C
P.BO = T.BH
=> T = BO
BH P =
P
100
√2=50 . √2 (N) H
O
B A P
Trang 5Khi học sinh đã làm quen với khái niệm trọng lực, biểu diễn trọng lực, điều kiện cân bằng của đòn bẩy học sinh có thể dễ dàng giải quyết các bài tập dạng trên Nếu không hiểu rõ
và biết cách biểu diễn các lực tác dụng nhât là trọng lực các bài tập dạng trên là bài tập khó đối với học sinh mà các em không biết bắt đầu với các bài tập này nh thế nào Với kinh nghiệm nhỏ bằng một số bài tập giúp học sinh khắc sâu khái niệm trọng lực và làm bài tập phần này Rất mong đợc sự chỉ dẫn góp ý của các thầy cô giáo cùng đồng nghiệp
để bản thân tôi có đợc những kiến thức bổ ích
Tôi xin chân thành cảm ơn.
Trang 6Kinh nghiệm giảng dạy
Trọng lực
Biểu diễn trọng lực để làm bài tập vật lý
phần đòn bẩy
tháng 4 năm 2012