Lý 10 Bài 20: Các dạng cân bằng và cân bằng của một vật có mặt chân đế

• Xét sự cân bằng của các vật có một điểm tựa hay một trục quay cố định.

• Vật sẽ ở trạng thái cân bằng khi trọng lực tác dụng lên vật có giá đi qua điểm tựa hoặc trục quay.

a) Cân bằng không bền 

Là cân bằng mà khi vật bị kéo ra khỏi vị trí cân bằng một chút thì  trọng lực có xu hướng kéo nó ra xa vị trí cân bằng đó .

b) Cân bằng bền  

Là cân bằng mà khi vật bị kéo ra khỏi vị trí cân bằng một chút thì trọng lực có xu hướng kéo vật trở về  vị trí cân bằng đó .

c) Cân bằng phiếm định

- Là cân bằng mà khi vật bị kéo ra khỏi vị trí cân bằng một chút thì trọng lực có xu hướng giữ nó cân bằng ở vị trí mới.

- Nguyên nhân gây ra các dạng cân bằng khác nhau đó là vị trí trọng tâm của vật.

• Trường hợp cân bằng không bền, trọng tâm ở vị trí cao nhất so với các vị trí lân cận.

• Trường hợp cân bằng bền, trọng tâm ở vị trí thấp nhất so với các vị trí lân cận.

• Trường hợp cân bằng phiếm định, trọng tâm không thay đổi hoặc ở một độ cao không đổi.

  a) Mặt chân đế

• Khi vật tiếp xúc với mặt phẳng đỡ chúng bằng cả một mặt đáy thì mặt chân đế là mặt đáy của vật.

• Khi vật tiếp xúc với mặt phẳng đỡ chỉ ở một số diện tích rời nhau thì mặt chân đế là hình đa giác lồi nhỏ nhất bao bọc tất cả các diện tích tiếp xúc đó.

b) 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 là trọng tâm “rơi” trên mặt chân đế).

c) Mức vững vàng của cân bằng

• Mức vững vàng của sự cân bằng được xác định bởi độ cao của trọng tâm và diện tích của mặt chân đế.
• Trọng tâm của vật càng cao và mặt chân đế càng nhỏ thì vật càng dễ bị lật đổ và ngược lại

⇒ 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.

d) Liên hệ thực tế

• Con lật đật không bao giờ bị lật đổ vì trọng tâm của nó ở rất thấp (có đổ chì ở đáy con lật đật). Vậy nó ở trạng thái cân bằng bền.

• Ghe chở lúa và chở trấu có khối lượng bằng nhau nhưng ghe chở trấu dễ bị lật hơn ghe chở lúa vì trấu cồng kềnh hơn lúa (khối lượng riêng của lúa lớn hơn khối lượng riêng của trấu). Vì vậy trọng tâm của ghe khi chở trấu cao hơn trọng tâm của ghe khi chở lúa.

Câu 1: Một xe tải lần lượt chở các vật liệu sau với khối lượng bằng nhau: thép đá, lá gỗ và vải. Trong trường hợp nào thì xe khó bị đổ nhất? dễ bị đổ nhất? 

Hướng dẫn giải

Xe chở thép là khó đổ nhất vì trong trường hợp này trọng tâm xe thấp.

Xe chở vải là dễ đổ nhất vì trong trường hợp này trọng tâm xe cao.

a) Đèn để bàn.

b) Đèn cần cẩu.

Hướng dẫn giải

a) Đèn để bàn.

Chân đèn (còn gọi là đế đèn) phải có khối lượng lớn và có mặt chân đá rộng.

b) Xe cần cẩu.

Thân xe phải có khối lượng rất lớn và xe phải có mặt chân đế rộng.

Câu 1: Một khối lập phương đồng chất được đặt trên một mặt phẳng nhám (H.20.2). Hỏi phải nghiêng mặt phẳng đến góc nghiêng cực đại là bao nhiêu để khối lập phương không bị đổ ?

Câu 2: Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là gì?

Câu 3: Vị trí trọng tâm của vật có vai trò gì đối với mỗi dạng cân bằng?

Câu 4: Thế nào là dạng cân bằng bền? Không bền? Phiếm định?

Câu 1: Một chiếc thước đồng chất, tiết diện đều, dài L. Đặt thước lên bàn, một đầu sát mép bàn (H.20.1). Sau đó đẩy nhẹ thước cho nhô dần ra khỏi bàn. Gọi x là độ dài phần thước nhô ra. Khi thước bắt đầu rơi khỏi bàn thì x bằng

A.L/8        B.L/4        C.L/2        D.3L/4

Câu 2: Một khối trụ có thể lăn trên mặt bàn nằm ngang với trọng tâm của nó nằm dưới tâm hình học. Cân bằng của khối trụ là

A. cân bằng không bền.

B. cân bằng bền.

C. cân bằng phiếm định.

D. không thể cân bằng.

Câu 3: Một cái thước có trọng tâm ở G, được treo vào một cái đinh nhờ một lỗ O như ở hình 20.3. Trong mỗi Hình 1, 2 và 3, thước ở trạng thái vân bằng nào?

A. 1: bền ; 2: không bền ; 3: phiếm định.

B. 1: không bền ; 2: bền ; 3: phiếm định.

C. 1: phiếm định ; 2: không bền ; 3: bền.

D. 1: không bền ; 2: phiếm định ; 3: bền.

Câu 4: Một bán cầu bằng đồng (được vẽ màu sẫm) và một bán cầu bằng nhôm gắn với nhau thành một quả cầu. Hãy cho biết trạng thái của quả cầu ở ba vị trí trên hình 20.4

A. 1: cân bằng bền ; 2: cân bằng không bền ; 3: cân bằng phiếm định.

B. 1: cân bằng phiếm định ; 2: không cân bằng ; 3: cân bằng không bền.

C. 1: cân bằng bền ; 2: cân bằng phiếm định ; 3: cân bằng không bền.

D. 1: cân bằng bền ; 2: không cân bằng; 3: cân bằng không bền.

Qua bài giảng Các dạng cân bằng và cân bằng của một vật có mặt chân đế này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Phân biệt được ba dạng cân bằng.

• Phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế.

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