Trọng lực - Vật lý 10

Giải thích:

Trọng lục là một trường hợp đặc biệt của lực hấp dẫn. Khi mà một trong hai vật là Trái Đất.

Nói cách khác, trọng lực là lực hấp dẫn do Trái Đất tác dụng lên một vật đặt cạnh nó.

Chú thích:

$G$: hằng số hấp dẫn $6,67.{10}^{-11}\left(\frac{N.m^2}{k{g}^2}\right)$.

$M$: khối lượng trái đất $\approx 6.{10}^{24}\left(kg\right)$.

$m$: khối lượng vật đang xét $\left(kg\right)$.

$R_{trái đất}$: bán kính trái đất $\approx 6400\left(km\right)$.

$h$: khoảng cách từ mặt đất đến điểm đang xét $\left(m\right)$.

$F_{hd}$: lực hấp dẫn $\left(N\right)$. 

$P$: trọng lực $\left(N\right)$. 

$g$: gia tốc trọng trường $\left(m/s^2\right)$.

Trường hợp lò xo treo thằng đứng:

Tại vị trí cân bằng: 

$$\begin{gathered} P=F_{dh} \\ \Rightarrow mg=k.∆l_0 \end{gathered}$$

Độ biến dạng lò xo tại vị trí cân bằng: $∆l_0=\frac{P}{k}$

Chiều dài của lò xo ở vị trí cân bằng: $l=l_0+∆l_0$

Chú thích:

P: trọng lực tác dụng (N).

Fđh: lực đàn hồi (N).

k: độ cứng lò xo (N/m).

$∆l_0$: độ biến dạng ban đầu của lò xo (m)

l: chiều dài của lò xo ở vị trí đang xét (m).

$l_0$: chiều dài tự nhiên của lò xo - khi chưa có lực tác dụng (m).

Trường hợp lò xo treo trên mặt phẳng nghiêng:

Tại vị trí cân bằng: P.sin(α)=Fdh⇔m.g.sin(α)=k.∆l.

Độ biến dạng lò xo tại vị trí cân bằng: ∆l=P.sin(α)k=m.g.sin(α)k

Chiều dài của lò xo ở vị trí cân bằng: l=lo+∆l

Chú thích:

P: trọng lực tác dụng (N).

Fđh: lực đàn hồi (N).

k: độ cứng lò xo (N/m).

∆l: độ biến dạng của lò xo (m)

l: chiều dài cảu lò xo ở vị trí đang xét (m).

lo: chiều dài tự nhiên của lò xo - khi chưa có lực tác dụng (m).

α: góc tạo bởi mặt phẳng nghiêng so với phương ngang (deg) hoặc (rad).

Theo định luật 2 Newton

$\overrightarrow{N}+\overrightarrow{P}=m\frac{v^2}{R}$

Khi qua cầu lồi :

$$\begin{gathered} P-N=m\frac{v^2}{R} \\ \Rightarrow N=P-m\frac{v^2}{R} \end{gathered}$$

Khi qua cầu lõm

$$\begin{gathered} N-P=m\frac{v^2}{R} \\ \Rightarrow N=P+m\frac{v^2}{R} \end{gathered}$$

Vật đi xuống : công trọng lực >0

Vật đi lên : công trọng lực <0

1.Trọng tâm

Định nghĩa: Trọng tâm là điểm đặt của trọng lực lên vật.

Ý nghĩa : Có thễ xem vật có khối lượng tập trung ở trọng tâm

2. Một số trọng tâm hình học:

3.Phương pháp tìm trọng tâm

Cách 1 : Dùng công thức xác đĩnh trọng tâm.

Chọn gốc O , vị trí bị khoét ta thay $m <0$

Công thức : ${\overrightarrow{r}}_{G/O}=\frac{m_1{\overrightarrow{r}}_1+m_2{\overrightarrow{r}}_2}{m}$

Cách 2: Dùng tổng hợp hai lực song song cùng chiều

$G$ trọng tâm của vật còn nguyên.

$G\text{'}$ trọng tâm của vùng bị khoét.

A trọng tâm mới của vật.

Theo quy tắc hợp lực song song:

$$\begin{gathered} \left\{\begin{array}{l}{P}_1=P-P_2\\ \frac{P_1}{P_2}=\frac{GG\text{'}}{x}\end{array}\Rightarrow x=\frac{P_2}{P-P_2}.GG\text{'}\right. \\ \Rightarrow x=\frac{S_2}{S-S_2}.GG\text{'} \end{gathered}$$

1.Mặt chân đế

a/ Định nghĩa : mặt chân đế là hình đa giác lồi nhỏ nhất bao bọc tất cả diện tích tiếp xúc của vật và mặt đỡ.

b/ Ví dụ:

2. Điều kiện cân bằng của vật có mặt chân đế

Giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế .

Người đứng vững do giá của trọng lực rơi đúng vào mặt chân đế.

Đứng tấn

3. Mức vững vàng của sự cân bằng

Mức vững vàng của sự cân bằng được xác định bằng độ cao của trọng tâm vật và diện tích của mặt chân đế.

Trọng tâm của vật càng cao vật càng dễ lật đổ và ngược lại.

Diễn viên xiếc Quốc Cơ và Quốc Nghiệp khiến cả thế giới khâm phục vì màn biểu diễn chồng đầu giữ thăng bằng. Như hình minh hoạ, chúng ta có thể thấy trọng tâm của cả hai diễn viên đều rất cao và chỉ với mặt chân đế rất nhỏ.

Điều kiện cân bằng:

$\overrightarrow{T}+ \overrightarrow{F_{đ}} + \overrightarrow{P} =\overrightarrow{0}$

=> $T = F_{đ} +P$

Từ hình: $\overrightarrow{F_{đ}} \perp \overrightarrow{P}$=> $T = \sqrt{{F^2}_{đ} + P^2}$

Vì điện tích trôi lơ lửng nên lực điện trường cân bằng với trọng lực.

Điều kiện cân bằng: $\overrightarrow{F} +\overrightarrow{P }= 0\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}\overrightarrow{F} \nearrow \swarrow \overrightarrow{P }\\ F = P\end{array}\right.$

TH1. $\overrightarrow{E}$ hướng lên

Vì trọng lực luôn hướng thẳng đứng từ trên xuống nên lực điện trường phải có phương thẳng đứng và hướng lên.

Do vậy hạt bụi phải mang điện tích dương để $\overrightarrow{F} \nearrow \nearrow \overrightarrow{E} (\overrightarrow{F} = q\overrightarrow{E})$

TH2. $\overrightarrow{E}$ hướng xuống

Vì trọng lực luôn hướng thẳng đứng từ trên xuống nên lực điện trường phải có phương thẳng đứng và hướng lên.

Do vậy hạt bụi phải mang điện tích âm để $\overrightarrow{F} \nearrow \swarrow (\overrightarrow{F} = q\overrightarrow{E})$

- Theo quy tắc bàn tay trái, hướng của lực từ là hướng ngang và trọng lực hướng thẳng đứng từ trên xuống.

- Khi cân bằng thì hợp lực ở vị trí như hình vẽ: $\overrightarrow{R} = \overrightarrow{F} + \overrightarrow{P}$

- Điều kiện cân bằng: $2T = R = \sqrt{P^2+F^2}$ với $\tan \alpha = \frac{F}{P}$

Trong đó:

m là khối lượng của vật, đơn vị là kg

Trọng lượng của quả cân có khối lượng m = 100 g là P= 1 N.