Giải bài tập SGK Vật lý 10 Bài 20: Các dạng cân bằng. Cân bằng của một vật có mặt chân đế

Thế nào là dạng cân bằng bền? không bền ? phiếm định?

Phương pháp giải

- Cân bằng không bền: vật không tự trở về trạng thái ban đầu khi bị lệch khỏi vị trí cân bằng

- Cân bằng bền: vật có thể tự trở về trạng thái cân bằng ban đầu

- Cân bằng phiếm định: vật cân bằng ở mọi vị trí

Hướng dẫn 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.

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

Phương pháp 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

Hướng dẫn giải

- Tùy vị trí trọng tâm của vật mà ảnh hưởng quyết định đến dạng cân bằng của vật

+ Trọng tâm cao hơn trục quay, vật cân bằng không bền

+ Trọng tâm 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.

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

Phương pháp giải

Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế

Hướng dẫn giải

- Điều kiện cân bằng :

+ 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

+ Tăng diện tích mặt chân đế của vật.

Hãy chỉ rõ dạng cân bằng của:

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.

Phương pháp giải

Xác định dạng cân bằng dựa vào tính chất của dạng cân bằng:

- Cân bằng không bền: vật không tự trở về trạng thái ban đầu khi bị lệch khỏi vị trí cân bằng

⇒ hình a, c ( quả cầu trên cao)

- Cân bằng bền: vật có thể tự trở về trạng thái cân bằng ban đầu

⇒ hình b, c ( quả cầu bên phải)

- Cân bằng phiếm định: vật cân bằng ở mọi vị trí

⇒ hình c ( quả cầu bên trái)

Hướng dẫn 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.

Người ta đã làm thế nào để thực hiện được mức vững vàng cao của trạng thái cân bằng ở những vật sau đây?

a) Đèn để bàn.

b) Xe cần cẩu.

c) Ô tô đua.

Phương pháp giải

Dựa vào đặc điểm của dạng 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 để xác định cách thực hiện được mức vững vàng cao của trạng thái cân bằng cho các vật

Hướng dẫn 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.

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

Phương pháp giải

- Xe khó bị đổ nhất khi chở thép

- Xe dễ bị đổ nhất khi chở vải, gỗ

Hướng dẫn giải

- Khi chở thép:

+ Trọng tâm của cả xe và hàng là thấp nhất trong các trường hợp đã cho

+ Mức vững vàng của xe lớn hơn, xe khó bị đổ nhất

- Khi chở vải, gỗ:

+ Vải nhẹ nên với cùng khối lượng với thép và gỗ

+ 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.