Một học sinh kiểm tra lại quy tắc tổng hợp lực đồng quy bằng cách bố trí thí nghiệm với các quả cân, ròng rọc

Giải SBT Vật lí 10 Cánh diều Chủ đề 2: Lực và chuyển động

Bài 2.57 trang 31 SBT Vật lí 10: Một học sinh kiểm tra lại quy tắc tổng hợp lực đồng quy bằng cách bố trí thí nghiệm với các quả cân, ròng rọc, dây nối và một vòng nhựa mảnh, nhẹ. Lúc đầu vòng được giữ như hình 2.15.

a. Giải thích tại sao khi vừa thả ra thì vòng chuyển động thẳng đứng xuống dưới.

b. Học sinh này đổi các quả cân có trọng lượng P vào dây treo 6 N thì hệ thống cân bằng khi thả ra. Tính P.

c. Thực hiện lại thí nghiệm trên để kiểm tra.

Lời giải

a. Biểu diễn giản đồ vectơ như hình dưới.

Hệ thống sẽ cân bằng nếu vòng kim loại chịu tác dụng của các lực cân bằng trên mỗi phương, tức là: T_3x = T₁ và T_3y = T₂

Với góc nghiêng 53⁰ được giữ lúc đầu thì:

$$\begin{gathered} T_{3x}=T_3.\cos 53°=5.\cos 53° \\ =3\left(N\right)=T_1 \end{gathered}$$

$$\begin{gathered} T_{3y}=T_3.sin53°=5.sin53° \\ =4\left(N\right)<T_2 \end{gathered}$$

Như vậy, khi vừa được thả ra thì vòng chịu tác dụng của hai lực cân bằng theo phương ngang, còn theo phương thẳng đứng thì hợp lực có chiều của lực T₂ nên vòng sẽ chuyển động thẳng đứng xuống dưới.

b. Để hệ cân bằng khi thay T₂ bằng P thì:

$$\begin{gathered} P=T_{3y}=T_3.sin53° \\ =5.sin53°=4\left(N\right) \end{gathered}$$

c. Học sinh tự thực hiện thí nghiệm để kiểm tra