Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và ba lực không song song có đáp án

Bài tập cân bằng lực vật lý 10 có đáp án

Trong chương Cân bằng và chuyển động của vật ở Vật lý 10, dạng toán cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và ba lực không song song là nội dung trọng tâm giúp học sinh rèn luyện kỹ năng phân tích lực và vận dụng các điều kiện cân bằng vào thực tế. Để giải đúng dạng bài này, ngoài việc nắm chắc lý thuyết, học sinh cần biết cách vẽ sơ đồ lực, xác định mối quan hệ giữa các lực và lựa chọn phương pháp giải phù hợp. Bài viết dưới đây sẽ tổng hợp đầy đủ kiến thức, phương pháp giải theo từng dạng, ví dụ minh họa và bài tập Vật lý 10 có đáp án chi tiết, giúp bạn học hiệu quả và tự tin chinh phục các bài kiểm tra.

A. Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực

Điều kiện cân bằng

Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều.

\(\overrightarrow {{F_1}} = - \overrightarrow {{F_2}}\)

Xác định trọng tâm của một vật phẳng, mỏng bằng thực nghiệm

Buộc dây lần lượt vào hai điểm khác nhau trên vật rồi lần lượt treo lên. Khi vật đứng yên, vẽ đường kéo dài của dây treo. Giao điểm của hai đường kéo dài này là trọng tâm của vật. Kí hiệu trọng tâm là G.

Trọng tâm G của các vật phẳng, mỏng và có dạng hình học đối xứng nằm ở tâm đối xứng của vật.

B. Cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song

Quy tắc hợp lực hai lực có giá đồng quy

Muốn tổng hợp hai lực có giá đồng quy tác dụng lên một vật rắn, trước hết ta phải trượt hai vectơ lực đó trên giá của chúng đến điểm đồng quy, rồi áp dụng quy tắc hình bình hành để tìm hợp lực.

Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song

Muốn cho một vật chịu tác dụng của ba lực không song song ở trạng thái cân bằng thì :

+ Ba lực đó phải đồng phẳng và đồng quy.

+ Hợp lực của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba.

\(\overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}} = - \overrightarrow {{F_3}}\)

C. Bài tập vận dụng các quy tắc, công thức tính moment lực và hợp lực

Bài 1: Hai lực song song cùng chiều, cách nhau đoạn \(30cm\). Một lực có \(F_1 = 18N\), hợp lực \(F = 24N\). Điểm đặt của hợp lực cách điểm đặt của lực \(F_2\) đoạn là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

Hai lực song song cùng chiều nên: \(F = F_1 + F_2 = 24 ⇒ F_2 = 6N\)

\(F_1.d_1 = F_2.d_2\)

\(⇔ 18(d – d_2 ) = 6d_2 ⇒ d_2 = 22,5cm\)

Bài 2: Một người gánh 2 thúng, thúng gạo nặng \(300N\), thúng ngô nặng \(200N\). Đòn gánh dài \(1,5m\). Hỏi vai người ấy phải đặt ở điểm nào để đòn gánh cân bằng và vai chịu một lực là bao nhiêu? Bỏ qua trọng lượng của đòn gánh.

Hướng dẫn giải:

Gọi d₁ là khoảng cách từ thúng gạo đến vai, với lực P₁

d₂ là khoảng cách từ thúng ngô đến vai, với lực P₂

P₁.d₁ = P₂.d₂ ⇔ 300d₁ = ( 1,5 – d₁).200

⇒ d₁ = 0,6m ⇒ d₂ = 0,9m

F = P₁ + P₂ = 500N

Bài 3: Một tấm ván nặng \(240N\) được bắc qua con mương. Trọng tâm của tấm ván cách điểm tựa A 2,4m, cách B 1,2m. Xác định lực mà tấm ván tác dụng lên 2 bờ mương.

Hướng dẫn giải:

Ta có:

P = P₁ + P₂ = 240N ⇒ P₁ = 240 – P₂

P₁.d₁ = P₂.d₂ ⇔ ( 240 – P₂).2,4 = 1,2P₂

⇒ P₂ = 160N ⇒ P₁ = 80N

Bài 4: Một người dùng chiếc búa dài \(25cm\) để nhổ một cây đinh đóng ở một tấm gỗ. Biết lực tác dụng vào cây búa \(180N\) là có thể nhổ được cây định. Hãy tìm lực tác dụng lên cây đinh để nó có thể bị nhổ ra khỏi tấm gỗ, \(d_2 = 9cm\).

Hướng dẫn giải:

Ta có:

F₁.d₁ = F₂.d₂ ⇔ 180.0,25 = F₂. 0,09

⇒F₂ = 500N

Bài 5: Một người đang quẩy trên vai một chiếc bị có trọng lượng \(50N\). Chiếc bị buộc ở đầu gậy cách vai \(60cm\). Tay người giữ ở đầu kia cách vai \(30cm\). Bỏ qua trọng lượng của gậy.

a. Tính lực giữ của tay.

b. Nếu dịch chuyển gậy cho bị cách vai \(30cm\) và tay cách vai \(60cm\) thì lực giữ là ?.

c. Trong 2 trường hợp trên, vai người chịu một áp lực?

Hướng dẫn giải:

a.Ta có:

P₁ là trọng lượng bị, d₁ là khoảng cách từ vai đến bị.

F₂ là lực của tay, d₁ là khoảng cách từ vai đến tay

P₁.d₁ = F₂.d₂ ⇔ 50.0,6 = F₂. 0,3 ⇒ F₂ = 100N

b. Ta có:

P₁.d^’₁ = F^’₂.d^’₂

⇔ 50.0,3 = F₂. 0,6

⇒ F^’₂ = 25N

c. TH1: P = P₁+ F₂= 150N

TH2: P = P₁ + F’₂ = 125N.

✨ Bài viết chỉ trích dẫn một phần nội dung, mời bạn tải tài liệu đầy đủ để nắm trọn kiến thức.

-----------------------------------

Chuyên đề cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và ba lực không song song là nền tảng quan trọng để học tốt các nội dung về tổng hợp lực, mômen lực và cân bằng vật rắn trong chương trình Vật lý 10. Việc luyện tập thường xuyên với nhiều bài tập có đáp án sẽ giúp học sinh nâng cao khả năng phân tích, trình bày lời giải logic và xử lý nhanh các dạng bài từ cơ bản đến nâng cao trong các kỳ kiểm tra và thi học kỳ.