Giải Vật lí 10 Bài 14: Moment. Điều kiện cân bằng của vật

Giải Vật lí 10 bài 14 sách Chân trời sáng tạo có đáp án chi tiết cho từng bài tập trong sách giáo khoa vật lí 10 chân trời sáng tạo. Mời các em học sinh cùng quý phụ huynh tham khảo.

Vật lí 10 bài 14 trang 87

Vật lí 10 trang 87 MĐ

Trong trò chơi bập bênh ở Hình 14.1, người lớn ở đầu bên trái “nâng bổng” một bạn nhỏ ở đầu bên phải. Nhưng cũng có khi bạn nhỏ ở đầu bên phải lại có thể “nâng bổng” được người lớn ở đầu bên trái. Dựa vào nguyên tắc nào mà bạn nhỏ có thể làm được như vậy?

Lời giải:

Dựa vào quy tắc moment lực và điều kiện cân bằng của vật mà bạn nhỏ có thể làm được như vậy.

Vật lí 10 trang 87 Câu hỏi 1

Quan sát Hình 14.2, mô tả chuyển động của cánh cửa khi chịu lực tác dụng của bạn học sinh.

Lời giải:

Chuyển động của cánh cửa: cánh cửa di chuyển từ từ xa dần bạn học sinh khi chịu lực từ cánh tay của bạn học sinh.

Vật lí 10 bài 14 trang 88

Vật lí 10 trang 88 Câu hỏi 2

Quan sát Hình 14.4, nhận xét về khả năng lắp bu lông khi đặt lực ở các vị trí khác nhau trên cờ lê.

Lời giải:

Từ Hình 14.4, ta thấy rằng vị trí đặt lực càng xa trục quay thì tác dụng làm quay của lực càng lớn.

Vật lí 10 trang 88 Câu hỏi 3

Lực có gây ra tác dụng làm quay vật không nếu có phương song song với trục quay? Dựa vào tình huống trong Hình 14.4 để minh họa cho câu trả lời của em.

Lời giải:

Lực không gây ra tác dụng làm quay vật nếu lực có phương song song với trục quay.

Trong Hình 14.4, lực có phương vuông góc với trục quay mới có tác dụng làm quay vật.

Vật lí 10 trang 88 LT

Xét lực tác dụng vào mỏ lết có hướng như Hình 14.5. Hãy xác định cánh tay đòn và độ lớn của moment lực. Biết F = 50 N, l = 20 cm và α = 20⁰

Lời giải:

Từ hình vẽ, ta thấy khoảng cách từ trục quay đến giá của lực bằng chiều dài l của mỏ lết

=> Cánh tay đòn d = 20 cm.

=> Moment lực: M = F.d = 50.0,2 = 10 (N.m)

Vật lí 10 bài 14 trang 89

Vật lí 10 trang 89 Câu hỏi 4

Quan sát Hình 14.6 và thực hiện các yêu cầu sau:

a) Xác định các cặp lực của tay tác dụng khi vặn vòi nước (Hình 14.6a), cần vô lăng khi lái ô tô (HÌnh 14.6b).

b) Nhận xét tính chất của các cặp lực này và chuyển động của các vật đang xét.

Lời giải:

a) Các cặp lực trong Hình 14.6a và Hình 14.6b được xác định như hình vẽ

b)

– Tính chất chuyển động của các cặp lực này:

+ Độ lớn bằng nhau

+ Phương song song, chiều ngược nhau

– Các vật đang xét đều chuyển động ngược chiều kim đồng hồ.

Vật lí 10 trang 89 Câu hỏi 5

Có thể xác định được lực tổng hợp của ngẫu lực không? Tại sao?

Lời giải:

Do ngẫu lực là tổng hợp của hai lực song song, ngược chiều và có độ lớn bằng nhau nên không thể tổng hợp ngẫu lực được

Vật lí 10 bài 14 trang 90

Vật lí 10 trang 90 VD

Ngoài các ví dụ được nêu trong bài học, hãy tìm hiểu và trình bày những ứng dụng của ngẫu lực trong đời sống. Gợi ý: Các em có thể tham khảo các trường hợp được giới thiệu trong Hình 14.8.

Lời giải:

Ứng dụng của ngẫu lực trong đời sống:

+ Vặn khóa cửa

+ Tháo bánh xe

+ Vặn nút ga

+ Vặn nắp chai nước

+ Vặn chìa khóa xe…

Vật lí 10 trang 90 Câu hỏi 6

Quan sát Hình 14.9 và thực hiện các yêu cầu sau:

a) Xác định các lực tác dụng lên thanh chắn.

b) Xét trục quay là khớp nối giữa thanh chắn với trụ đỡ và vuông góc với mặt phẳng thẳng đứng (P) (chứa thanh chắn và trụ đỡ), những lực nào có tác dụng làm thanh chắn xoay cùng chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ trong mặt phẳng (P)?

Lời giải:

a) Các lực tác dụng lên thanh chắn: trọng lực P

b)

– Lực tác dụng làm thanh chắn xoay cùng chiều kim đồng hồ: trọng lực P, lực nâng F

– Lực tác dụng làm thanh chắn xoay ngược chiều kim đồng hồ: trọng lực P.

Vật lí 10 trang 90 Câu hỏi 7

Quan sát hình 14.10, chỉ rõ lực nào có tác dụng làm cân quay cùng chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ.

Lời giải:

– Lực tác dụng làm cân quay cùng chiều kim đồng hồ: lực kéo

– Lực tác dụng làm cân quay ngược chiều kim đồng hồ: lực đẩy.

Vật lí 10 bài 14 trang 91

Vật lí 10 trang 91 Câu hỏi 8

Nêu điều kiện để thanh chắn đường tàu trong Hình 14.9:

a) Không có chuyển động tịnh tiến. Biết chuyển động tịnh tiến của vật rắn là chuyển động trong đó đường thẳng nối hai điểm bất kì của vật luôn song song với chính nó.

b) Không có chuyển động quay.

Lời giải:

a) Điều kiện thanh chắn không có chuyển động tịnh tiến: trọng tâm của vật không chuyển động.

b) Điều kiện để thanh chắn không có chuyển động quay: trọng tâm của vật chuyển động.

Vật lí 10 bài 14 trang 92

Vật lí 10 trang 92 LT

Xét hai vật có khối lượng lần lượt là m₁ = 5 kg, m₂ = 2 kg được đặt trên một thanh thẳng nằm ngang có khối lượng không đáng kể. Hệ nằm cân bằng trên một cạnh nêm có mặt cắt được mô tả như Hình 14.13. Hãy xác định d₂ và độ lớn lực do cạnh nêm tác dụng lên điểm tựa O. Biết d₁ = 20 cm và g = 9,8 m/s² .

Lời giải:

Ta có:

\(\begin{array}{l}\frac{{{F_1}}}{{{F_2}}} = \frac{{{d_2}}}{{{d_1}}} \Leftrightarrow \frac{{{d_2}}}{{{d_1}}} = \frac{{{P_1}}}{{{P_2}}} \Leftrightarrow \frac{{{d_2}}}{{{d_1}}} = \frac{{{m_1}.g}}{{{m_2}.g}}\\ \Leftrightarrow \frac{{{d_2}}}{{{d_1}}} = \frac{{{m_1}}}{{{m_2}}} \Rightarrow {d_2} = \frac{{{m_1}}}{{{m_2}}}.{d_1} = \frac{5}{2}.20 = 50(cm)\end{array}\)

Do nêm nằm cân bằng => Lực do cạnh nêm tác dụng lên điểm tựa O bằng 0.

Vật lí 10 trang 92 VD

Dựa vào điều kiện cân bằng, hãy nêu và phân tích các yếu tố an toàn trong tình huống được đưa ra trong Hình 14.14.

Lời giải:

Các yếu tố an toàn để giữ thăng bằng trên dây của diễn viên xiếc là:

+ Tổng tất cả các lực tác dụng lên dây phải bằng 0.

+ Tổng rmoment lực tác dụng lên dây bằng 0.

Vật lí 10 trang 92 BÀI 1

Người ta tác dụng lực \(\overrightarrow F \) có độ lớn 80 N lên tay quay để xoay chiếc cối như Hình 14P.1. Cho rằng \(\overrightarrow F \) có phương tiếp tuyến với bề mặt cối xay, khoảng cách từ tay quay đến tâm quay là d = 40 cm. Xác định moment của lực \(\overrightarrow F \) đối với trục quay qua tâm cối xay.

Lời giải:

Ta có F = 80 N; d = 40 cm = 0,4 m

=> Moment lực đối với trục quay qua tâm cối xay là: M = F.d = 80.0,4 = 32 (N.m).

Vật lí 10 bài 14 trang 93

Vật lí 10 trang 93 Bài 2

Để nhổ một cây đinh ghim vào bàn tạo thành một góc 30⁰ so với phương thẳng đứng, ta tác dụng lực F = 150 N theo phương vuông góc với cán búa như Hình 14P.2. Búa có thể quay quanh trục quay vuông góc với mặt phẳng hình vẽ tại điểm O, khoảng cách từ điểm đặt tay đến trục quay là 30 cm và khoảng cách từ đầu đinh đến trục quay là 5 cm. Xác định lực do búa tác dụng lên đinh.

Lời giải:

Gọi lực do búa tác dụng lên đinh là F’

Áp dụng quy tắc moment lực ta có: F.d = F’.d’.sinα ( d: khoảng cách từ giá của lực F đến trục quay, d’ là khoảng cách từ đầu búa đến trục quay)

=> 150.0,3 = F’.0,05.sin 30⁰

=> F’ = 1800 (N).