BÀI 17: TRỌNG LỰC VÀ LỰC CĂNG

1. NHẬN BIẾT

Câu 1: Định nghĩa lực trọng từ góc độ vật lý.

Trả lời:

Lực trọng là lực tác động xuống dưới mà mọi vật chất trên Trái Đất đều phải chịu.

Câu 2: Trình bày ý nghĩa của trọng lực trong đời sống hàng ngày.

Trả lời:

Trọng lực giữ cho vật chất không bị nổi lên và giúp định hình địa hình trên Trái Đất.

Câu 3: Lực căng trong một dây đàn hồi là một loại lực nào?

Trả lời:

Lực căng trong một dây đàn hồi là lực nội lực.

Câu 4: Một vật có trọng lượng 50 N được treo lên từ một dây. Tính giá trị của lực căng trong dây?

Trả lời:

Lực căng trong dây có giá trị bằng trọng lượng của vật, nên là 50 N.

Câu 5: Nếu bạn đứng trên bề mặt mặt trời, trọng lượng của bạn sẽ thay đổi như thế nào so với khi bạn ở trên Trái Đất?

Trả lời:

Trọng lượng sẽ giảm vì trọng lực phụ thuộc vào khối lượng và khoảng cách từ trung tâm hấp dẫn.

2. THÔNG HIỂU

Câu 6: Giải thích vì sao trọng lực được xem là một lực hấp dẫn.

Trả lời:

Trọng lực được xem là lực hấp dẫn vì nó là lực tác động từ một vật lớn (Trái Đất) đến một vật nhỏ (vật chất).

Câu 7: Tại sao trọng lực giảm đi khi chúng ta ở trên núi cao hơn mặt biển?

Trả lời:

Trọng lực giảm khi ở trên núi cao hơn do khoảng cách từ trung tâm Trái Đất đến đối tượng giảm đi.

Câu 8: Tại sao một vật thể nặng hơn lại rơi xuống đất nhanh hơn một vật thể nhẹ hơn khi chúng được thả từ cùng một độ cao?

Trả lời:

Cả hai vật thể rơi xuống đất với cùng một gia tốc do trọng lực, và không phụ thuộc vào khối lượng của chúng.

Câu 9: Trong hệ quy chiếu của Trái Đất, trọng lực được đo bằng đơn vị gì?

Trả lời:

Trong hệ quy chiếu của Trái Đất, trọng lực được đo bằng newton (N).

3. VẬN DỤNG

Câu 10: Mô tả cách trọng lực và lực căng hoạt động trong một chiếc thang máy đang di chuyển.

Trả lời:

Trọng lực và lực căng đều tác động lên người và vật chất trong thang máy. Trọng lực xuống dưới, trong khi lực căng hướng lên trên.

Câu 11: Tại sao người ta cảm nhận trọng lực lớn hơn khi đứng ở một độ cao nhất định so với mặt biển?

Trả lời:

Trọng lực được cảm nhận lớn hơn khi ở độ cao nhất định do giảm khoảng cách từ trung tâm Trái Đất đến người đó.

Câu 12: Nếu bạn đứng ở đỉnh một ngọn núi, có sự thay đổi nào đối với trọng lực và trọng lượng của bạn?

Trả lời:

Trọng lực vẫn hướng xuống, nhưng trọng lượng giảm do khoảng cách từ trung tâm Trái Đất đến bạn tăng lên.

Câu 13: Tại sao lực căng trong một dây đàn hồi không làm thay đổi trọng lực?

Trả lời:

Lực căng trong dây đàn hồi chỉ tác động nội lực trong dây, không ảnh hưởng đến trọng lực xuống dưới.

Câu 14: Tại sao trọng lực trên Mặt Trăng nhỏ hơn so với trên Trái Đất?

Trả lời:

Trọng lực trên Mặt Trăng nhỏ hơn do khối lượng Mặt Trăng nhỏ và khoảng cách từ trung tâm Mặt Trăng đến một đối tượng trên bề mặt Mặt Trăng lớn hơn.

Câu 15: Làm thế nào sự biến đổi của trọng lực ảnh hưởng đến cuộc sống trên một hành tinh khác nếu nó khác biệt so với Trái Đất?

Trả lời:

Sự biến đổi của trọng lực sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc cơ bản và sinh học của các loài sống trên hành tinh đó.

4. VẬN DỤNG CAO

Câu 16: Hai vật có khối lượng m1 = 30kg; m2 = 20kg được nối với nhau bằng một sợi dây không dân và đặt trên một mặt phẳng ngang. Biết hệ số ma sát giữa các vật với mặt phẳng ngang là μ1 = μ2 = 0,1. Một người tác dụng vào m1 một lực kéo Fk = 80N song song với mặt bàn.

a. Tìm gia tốc của mỗi vật?

b. Lực căng dây nối giữa hai vật?

Trả lời:

Các lực tác dụng lên m1 gồm:

• Trọng lực
• Phản lực
• Lực đàn hồi của dây
• Lực ma sát
• Lực kéo

Các lực tác dụng lên m2 gồm:

• Trọng lực
• Phản lực
• Lực đàn hồi của dây
• Lực ma sát

Phương trình định luật II Newton cho từng vật:

Chọn hệ trục tọa độ Oxy như hình. Chiếu các phương trình ta có:

• Trên Ox:

• Trên Oy: =>

• Vậy lực ma sát tác dụng lên các vật là:

• Do đó ta có:

• Do dây không dãn nên: T₁ = T₂ = T và a₁ = a₂ = a

• 

Lấy (2) + (1) ta có : F – g(μ₁m₁ + μ₂m₂) = (m₁ + m₂)a

Từ (2) ta có : T = m₂(a + μ₂g) = 20.(0,6 + 0,1.10) = 32 N

Câu 17: Cho hệ như hình vẽ: m1 =5kg; m2 = 2kg; α = 30°, hệ số ma sát giữa vật 1 và mặt phẳng nghiêng là μ = 0,1. Tìm lực căng của dây. Cho đây không dãn và g=10m/s?

Trả lời:

Câu 18: Cho cơ hệ như hình vẽ. Biết m1 = 0,8 kg; m2 = 0,2 kg. Lấy g = 10 m/s². Bỏ qua mọi ma sát; khối lượng của dây và ròng rọc. Ban đầu hệ được giữ đứng yên.Tính gia tốc, lực căng dây khi hệ chuyển động.

Trả lời:

Các lực tác dụng lên vật m1:

• Trọng lực
• Phản lực
• Lực căng dây

Các lực tác dụng lên vật m2:

• Trọng lực
• Lực căng dây

Định luật II Newton cho các vật:

Vì bỏ qua khối lượng của các dây nối và ròng rọc nên a₁ = a₂ = a và T₁ = T₂ = T do đó ta có:

=> P₂ = (m₁ + m₂)a

• (m/s²)
• Lực căng của sợi dây: T = ma = 0,8.2 = 1,6 N

Câu 19: Cho cơ hệ như hình vẽ. Biết m1 = 500 g, m2 = 600 g, α = 30^o, hệ số ma sát trượt giữa vật m1 và mặt phẳng nghiêng là μ = 0,2. Lấy g = 10 m/s². Bỏ qua ma sát và khối lượng của ròng rọc, dây nối. Tính gia tốc chuyển động của mỗi vật và sức căng của sợi dây.

Trả lời:

Phương trình động lực học của các vật:

Vì dây không dãn và khối lượng dây không đáng kể nên:

a₁ = a₂ = a; T₁ = T₂ = T

Vì P₂ > P₁sinα nên vật m₂ chuyển động xuống, m₁ chuyển động lên theo mặt phẳng nghiêng

Với vật m₁ chiếu lên các trục Ox và Oy, với vật m₂ chiếu lên theo phương thẳng đứng, chiều dương hướng xuống, ta có:

m₁a = T – P₁sinα – F_ms (1)

0 = N – Pcosα => N = P₁cosα = m₁gcosα => F_ms = μm₁gcosα (2)

m₂a = P₂ – T = m₂g – T (3)

Từ (1), (2), (3) => a = 2,4 m/s²

Thay a vào (3) ta có: T = m₂g – m₂a = 4,56 N

Câu 20: Một diễn viên xiếc đi trên một sợi dây mác ngang giữa hai tòa nhà cao tầng. Khi diễn viên đi tới chính giữa dây thì dây chùng xuống với α = 10,0°. Khối lượng của diễn viên xiếc là 50,0 kg, lấy g = 9,8 m/s. Tính lực căng của sợi dây lúc này.

Trả lời:

Các lực tác dụng lên diễn viên xiếc được biểu diễn như hình vẽ

Điều kiện cân bằng:

Chọn hệ trục tọa độ Oxy như hình

Chiếu (*) lên Ox ta có: T_BDcosα – T_ADcosα = 0 => T_AD = T_BD = T (1)

Chiếu (*) lên Oy ta có: -P + T_BDsinα + T_ADsinα = 0 (2)

Thay (1) vào (2) ta có: -P + Tsinα + Tsinα = 0 => T =