Bài 5. SỰ CÂN BẰNG LỰC - QUÁN TÍNH

I. KIẾN THỨC CẦN NHỚ

• Hai lực cân bằng là hai lực cùng đặt lên một vật, có cường độ bằng nhau, phương nằm trên cùng một đường thẳng, chiều ngược nhau.

• Dưới tác dụng của các lực cân bằng, một vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên; đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều. Chuyển động này được gọi là chuyển động theo quán tính.

• Khi có lực tác dụng, mọi vật không thể thay đổi vận tốc đột ngột được vì có quán tính.

II. BÀI TẬP SÁCH BÀI TẬP

5.1. Cặp lực nào sau đây tác dụng lên một vật làm vật đang đứng yên, tiếp tục đứng yên?

A. Hai lực cùng cường độ, cùng phương.

B. Hai lực cùng phương, ngược chiều.

C. Hai lực cùng phương, cùng cường độ, cùng chiều.

D. Hai lực cùng cường độ, có phương nằm trên cùng một đường thẳng, ngược chiều.

Trả lời: Chọn D

Hai lực cùng cường độ, có phương nằm trên cùng một đường thẳng, ngược chiều tác dụng lên một vật làm vật đang đứng yên, tiếp tục đứng yên. Vậy chọn D.

5.2. Khi chỉ chịu tác dụng của hai lực cân bằng

A. vật đang đứng yên sẽ chuyển động nhanh dần.

B. vật đang chuyển động sẽ dừng lại.

C. vật đang chuyển động đều sẽ không còn chuyển động đều nữa.

D. vật đang đứng yên sẽ đứng yên, hoặc vật đang chuyển động sẽ chuyển động thẳng đều mãi.

Trả lời: Chọn D.

Khi chỉ chịu tác dụng của hai lực cân bằng, vật đang đứng yên sẽ đứng yên, hoặc vật đang chuyển động sẽ chuyển động thẳng đều mãi.

5.3. Hành khách ngồi trên xe ô tô đang chuyển động bỗng thấy mình bị nghiêng người sang trái, chứng tỏ xe

A. Đột ngột giảm vận tốc.

B. Đột ngột tăng vận tốc.

C. Đột ngột rẽ sang trái.

D. Đột ngột rẽ sang phải.

Trả lời: Chọn D

Hành khách ngồi trên xe ô tô đang chuyển động bỗng thấy mình bị nghiêng người sang trái, chứng tỏ xe đột ngột rẽ sang phải. Vì khi xe đột ngột rẽ sang phải thì theo quán tính người vẫn có xu hướng đi thẳng nên bị ép vào thành trái của xe.

5.4. Ta biết rằng, lực tác dụng lên vật làm thay đổi vận tốc của vật. Khi tàu khởi hành, lực kéo đầu máy làm tàu tăng dần vận tốc. Nhưng có những đoạn đường, mặc dù đầu máy vẫn chạy để kéo tàu nhưng tàu không thay đổi vận tốc. Điều này có mâu thuẫn với nhận định trên không? Tại sao?

Trả lời:

Những đoạn đường, mặc dù đầu máy vẫn chạy để kéo tàu nhưng tàu không thay đổi vận tốc. Điều này không mâu thuẫn với nhận định trên vì khi này lực ma sát và lực cản đã cân bằng với lực kéo.

5.5. Quả cầu nặng 0,2kg được treo vào sợi dây cố định (H.5.3). Hãy biểu diễn các vectơ lực tác dụng lên quả cầu. Chọn tỉ xích 1N ứng với 1cm.

Trả lời:

Quả cầu đứng yên vì chịu tác dụng của 2 lực cân bằng nhau đó là trọng lực $\vec{P}$ cân bằng với sức căng $\vec{T}$ như hình vẽ dưới (hình 5.3G).

5.6. Vật nặng 0,5kg đặt trên mặt sàn nằm ngang (H.5.4).

a) Hãy biểu diễn các vectơ lực tác dụng lên vật.

b) Nếu vật được kéo chuyển động thẳng đều trên mặt sàn nằm ngang, có cường độ 2N. Hãy biểu diễn các vectơ lực tác dụng lên vật. Chọn tỉ xích 2N ứng với 1cm.

Trả lời:

a) Vật đứng yên trên mặt bàn vì có hai lực $\vec{P}$, $\vec{Q}$ tác dụng lên vật cân bằng nhau.

b) Vật chuyển động thẳng đều trên mặt sàn nằm ngang nhờ lực kéo có cường độ 2N. Điều này chứng tỏ lực kéo cân bằng với lực cản của sàn tác dụng lên vật.

5.7. Đặt một chén nước trên góc của một tờ giấy mỏng. Hãy tìm cách rút tờ giấy ra mà không làm dịch chén. Giải thích cách làm đó.

Trả lời:

Cách rút tờ giấy ra mà không làm dịch chén là giật nhanh tờ giấy ra khỏi chén nước. Do quán tính, chén nước chưa kịp thay đổi vận tốc nên chén nước không bị đổ.

5.8. Một con báo đang đuổi riết một con linh dương. Khi báo chuẩn bị vồ mồi thì linh dương nhảy tạt sang một bên và thế là trốn thoát. Em hãy giải thích cơ sở khoa học của biện pháp thoát hiểm này.

Trả lời:

Báo đuổi riết con linh dương. Linh dương nhảy tạt sang bên, do quán tính báo lao về phía trước vồ mồi mà không kịp đổi hướng nên linh dương trốn thoát.

A. Trong hình a

B. Trong hình a và b

C. Trong hình c và d

D. Trong hình d

Trả lời: Chọn D

Trong các cặp lực trên chỉ có cặp lực D cùng độ lớn, cùng giá và ngược chiều nên là cặp lực cân bằng.

5.10. Nếu vật chịu tác dụng của các lực không cân bằng, thì các lực này không thể làm vật

A. đang chuyển động sẽ chuyển động nhanh lên;

B. đang chuyển động sẽ chuyển động chậm lại;

C. đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều;

D. bị biến dạng.

Trả lời: Chọn C

Nếu vật chịu tác dụng của các lực cân bằng thì đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều.

Còn nếu vật chịu tác dụng của các lực không cân bằng, thì các lực này không thể làm vật tiếp tục chuyển động thẳng đều được.Vậy câu đúng là C.

5.11. Khi xe đạp, xe máy đang xuống dốc, muốn dừng lại một cách an toàn nên hãm phanh (thẳng) bánh nào?

A. Bánh trước

B. Bánh sau

C. Đồng thời cả hai bánh

D. Bánh trước hoặc bánh sau đều được

Trả lời: Chọn B

Khi xe đạp, xe máy đang xuống dốc, muốn dừng lại một cách an toàn nên hãm phanh (thẳng) bánh sau. Vì nếu hãm bánh trước thì do quán tính xe dễ bị lật nhào

5.12*. Một vật đang chuyển động thẳng đều với vận tốc v dưới tác dụng của hai lực cân bằng $F_{1}$ và $F_{2}$ theo chiều của lực $F_{2}$. Nếu tăng cường độ của lực $F_{1}$ thì vật sẽ chuyển động với vận tốc

A. luôn tăng dần

B. luôn giảm dần

C. tăng dần đến giá trị cực đại, rồi giảm dần

D. giảm dần đến giá trị bằng không rồi đổi chiều và tăng dần

Trả lời: Chọn D

Vật đang chuyển động thẳng đều dưới tác dụng của hai lực cân bằng $F_{1}$ và $F_{2}$ theo chiều của lực $F_{2}$. Nếu tăng cường độ của lực $F_{1}$ thì vật sẽ chuyển động với vận tốc giảm dần đến giá trị bằng không rồi đổi chiều và tăng dần vận tốc.

5.13. Một ô tô khối lượng 2 tấn chuyển động thẳng đều trên đường nằm ngang. Biết lực cản lên ô tô bằng 0,25 lần trọng lượng của xe.

a) Kể các lực tác dụng lên ô tô.

b) Biểu diễn các lực trên theo tỉ xích 0,5cm ứng với 5000N.

Trả lời:

a) Các lực tác dụng lên ô tô: trọng lực, lực phát động, lực cản và lực nâng của mặt đường.

b) Biểu diễn như hình 5.6G.

5.14. Vận dụng quán tính để giải thích một số hiện tượng sau:

a) Vì sao trong một số trò chơi: Ô tô, xe lửa, máy bay không chạy bằng dây cót hay pin. Trong đó, chỉ có một bánh "đà" khối lượng lớn gắn với bánh xe bằng hệ thống bánh răng. Muốn xe chuyển động chỉ cần xiết mạnh bánh xe xuống mặt sàn vài lần làm bánh "đà" quay rồi buông tay. Xe chạy khá lâu và chỉ dừng lúc bánh "đà" ngừng quay.

b) Vì sao các vận động viên nhảy dù, nhảy cao, nhảy xa lúc tiếp đất chân đều khụy xuống?

c) Vì sao ngồi trên máy bay lúc cất cánh hoặc hạ cánh, ngồi trên ô tô đang phóng nhanh phải thắt dây an toàn?

d) Vì sao khi lưỡi cuốc, xẻng, đầu búa bị lỏng cán, người ta chỉ cần gõ mạnh đầu cán còn lại xuống sàn?

Trả lời: Hướng dẫn:

a) Do bánh đà có khối lượng lớn nên nó có quán tính lớn khi xiết mạnh bánh xe xuống mặt sàn vài lần làm bánh "đà" quay rồi buông tay các bánh xe tiếp tục chuyển động theo quán tính làm xe chạy khá lâu mới dừng.

b) Khi tiếp đất các vận động viên đều phải khụy chân để dừng lại một cách từ từ.

c) Do có quán tính, nếu không thắt dây an toàn người hành khách dễ ngã khi máy bay hay ô tô chuyển động hay dừng lại đột ngột.

d) Khi ta đóng mạnh đầu cán xuống sàn, thì cán dừng lại đột ngột khi đó lưỡi cuốc, xẻng hay đầu búa vẫn chuyển động xuống do có quán tính và được tra khít vào cán.

5.15. Một cục nước đá nằm yên trên mặt bàn trong toa tàu đang chuyển động thẳng đều. Hành khách ngồi cạnh bàn bỗng thấy cục đá trượt đi.

Hỏi:

a) Tàu còn chuyển động thẳng đều nữa không?

b) Nếu cục đá trượt ngược chiều với chuyển động của đoàn tàu thì vận tốc tàu tăng hay giảm?

b) Cục đá sẽ chuyển động về phía nào khi vận tốc tàu giảm đột ngột?

d) Trong trường hợp nào, cục đá sẽ trượt về bên trái?

Trả lời:

a) Khi cục đá trượt đi thì tàu không còn chuyển động thẳng đều nữa.

b) Nếu cục đá trượt ngược chiều với chuyển động của đoàn tàu thì vận tốc tàu đang giảm.

c) Khi vận tốc tàu giảm đột ngột miếng đá sẽ trượt về phía trước.

d) Khi tàu đến đoạn đường cong rẽ về bên phải thì cục đá sẽ trượt về bên trái

5.16. Đố vui. Trên bụng người lực sĩ đặt một tảng đá rất nặng và một chồng gạch (H.5.4).

Dùng búa tạ đập thật mạnh lên chồng gạch. Chồng gạch vỡ tan còn người lực sĩ vẫn bình yên, vô tư. Tại sao?

Phải đập tạ thế nào mới không gây nguy hiểm cho người lực sĩ ?

Trả lời:

Khi dùng búa đập mạnh vào chồng gạch thì do tảng đá rất nặng và có quán tính lớn nên nó chưa kịp chuyển động gây nguy hiểm cho người lực sĩ thì gạch đã vỡ. Để không gây nguy hiểm cho người lực sĩ thi phải đập tạ rất nhanh, đập xuống vào gạch xong rồi giật lại ngay.

5.17. Một vật chuyển động khi chịu tác dụng của hai lực là lực kéo và lực cản, có đồ thị vận tốc như trên hình 5.7. Sự cân bằng lực xảy ra ở giai đoạn nào của chuyển động?

A. OA

B. AB

C. BC

D. Cả ba giai đoạn

Trả lời: Chọn B

Sự cân bằng lực xảy ra ở giai đoạn AB của chuyển động bởi vì khi này vật chuyển động đều (v không đổi)

5.18. Trong chuyển động được mô tả trên bài 5.17. Chọn nhận xét đúng về tỉ số giữa lực kéo và lực cản ($\large \frac{F_{k}}{F_{c}}$)

A. Nhỏ hơn 1 trong giai đoạn AO

B. Lớn hơn 1 trong giai đoạn AB

C. Lớn hơn 1 trong giai đoạn BC

D. Bằng 1 trong giai đoạn AB

Trả lời: Chọn D

Trong chuyển động được mô tả trên bài 5.17. Nhận xét đúng về tỉ số giữa lực kéo và lực cản ($\large \frac{F_{k}}{F_{c}}$) là trong đoạn OA phải lớn hơn 1, trong đoạn AB phải bằng 1, trong đoạn BC phải nhỏ hơn 1. Vậy chỉ có nhận xét D là đúng.