skkn phân tích lực trên hình vẽ để giải các bài tập liên quan đến máy cơ ròng rọc ở chương trình vật lý thcs

PH N T CH LÂ Í ỰC TRÊN HÌNH VẼ ĐỂ GIẢI C C B IÁ À
TẬP LIÊN QUAN ĐẾN M Y CÁ Ơ RÒNG RỌC Ở
CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ THCS
A. MỞ ĐẦU.
Trong qúa trình giảng dạy học sinh, đặc biệt l bà ồi dưỡng học sinh
giỏi môn vật lý tôi thấy học sinh rất lúng túng trong việc xác định, phân tích
v tìm mà ối liên hệ giữa các lực trong những b i tà ập liên quan đến máy cơ
ròng rọc. Tôi đã tìm tòi suy nghĩ v rút ra à được một số kinh nghiệm trong
khi giải các b i tà ập.
Nội dung của b i vià ết n y nhà ằm ôn lại những kiến thức đã học, rèn
luyện kỹ năng giải các b i tà ập vật lý giúp học sinh (đặc biệt l hà ọc sinh
giỏi) có thêm những kinh nghiệm trong giải b i tà ập vật lý nâng cao có liên
quan đến ròng rọc bằng phương pháp phân tích lực trên hình vẽ.
Nội dung được chia l m 3 phà ần:
Ph ầ n I : Các b i tà ập liên quan đến ròng rọc cố định.
Ph ầ n II : Các b i tà ập liên quan đến ròng rọc động.
Ph ầ n III : Các b i tà ập kết hợp giữa ròng rọc cố định, ròng rọc động v các à
máy cơ đơn giản khác.
Trong mỗi phần có phần lý thuyết v b i tà à ập. Phần lý thuyết giúp các
em nhớ lại những công thức v nhà ững vấn đề chung. Phần b i tà ập nhằm rèn
luyện kỷ năng giải v tìm ra nhà ững phương pháp giải cho những b i tà ập
tương tự. Những b i tà ập trong mỗi phần được trình b y tà ừ mức độ đơn giản
đến khó. Sau nhưng b i tà ập đó có các b i tà ập tương tự giúp học sinh tự rèn
luyện kỹ năng v tà ự kiêm tra mức độ tiếp thu kiến thức.
B. NỘI DUNG.
1
·
Kiến thức cơ bản về lực(đối với học sinh THCS).
Lực l mà ột đại lượng vecto biểu diễn bằng một mũi tên có:
+ Gốc l à điểm đặt của lực.
+ Phương, chiều trung với phương chiều của lực.

+ Độ d i bià ểu thị cường độ của lực theo tỷ lệ xích cho trước.
Hai lực cân bằng l hai là ực cùng điểm đặt trên một vật, cùng cường độ có
phương nằng trên cùng một đường thẳng, chiều ngược nhau.
Tác dụng của hai lực cân bằng lên cùng một vật đang chuyển động: Dưới
tác dụng của các lực cân bằng, một vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên,
một vật chuyển động thẳng đều sẽ chuyễn động thẳng đều. N
Hình vẽ biểu diễn hai lực cân bằng:
P
I. C C B I TÁ À ẬP LIÊN QUAN ĐẾN RÒNG RỌC CỐ ĐỊNH.
1. Lý thuy ế t :
Ròng rọc cố định l m à đổi hướng lực kéo, không
có lợi về lực v công. à
Ví d ụ : Khi treo vật như hình 1. Vật A chịu tác dụng của T
các lực l : trong là ực P có phương thẳng đứng, chiều từ trên F
k
xuống dưới v là ực căng dây T có phương thẳng đứng,chiều từ
dưới lên trên. Ta biểu diễn các lực như hình vẽ(H.1). Khi vật đứng
yên hay chuyển động đều thì trọng lực P có độ lớn bằng P
lực căng day T tức P = T(Tổng lực hướng lên trên bằng hợp lực hướng
xuống dưới). Khi đó ta phải tác dụng v o à đầu dây B một lực có độ lớn bằng
lực căng dây T: F
K
= T hay F
k
= P.
2
H.1
•
•
T

Sau đây l mà ột số b i tà ập áp dụng theo mức độ tăng dần tính phức tạp
nhằm mục đích rèn luyện tư duy v kà ỷ năng của học sinh:
(Các b i tà ập được bỏ qua khối lượng của ròng rọc)
2. B i tà ậ p.
B i tà ậ p 1 : Vật A có khối lượng m
A
= 0,2Kg được treo
v o mà ột ròng rọc cố định như hình vẽ. Tính lực kéo đầu B
để vật đứng yên.
L ờ i gi ả i . Để giữ vật A đứng yên cần phải tác dụng lên T
đầu dây B một lực F
B
sau cho: F
B
= P
A
F
B
Hay F
B
= 10.m
A
= 10.0,2 = 2(N). A
Vậy cần tác dung lên đầu B một lực 2N thì vật A đứng yên. P
B i tà ậ p 2 :
Vật A được mắc v o ròng rà ọc như hình vẽ. Vật A có khối lượng
m = 0,2(Kg), thể tích V = 0,1.10
-3
m
3

. Tính lực keo đầu dây B để vật A
đứng yên khi nhúng vật A ngập trong nước.(d
nước
= 10
4
N/m
3
).
Phân tích:
Khi vật A nhúng ngập trong nước thì vật A chịu
tác dụng của các lực: Trọng lực P, lực đẩy Acsimet F,
lực căng dây T. Ta biểu diễn các lực như hình vẽ(H.2).
Khi vật A đứng yên hoặc chuyển động đều ta có: F F
K

T + F = P => T = P – F. Để vật A đứng yên phải
tác dụng lên đầu dây B một lực F
k
= T hay F
k
= P – F
L ờ i gi ả i: Các lực tác dụng lên vật A l trà ọng lực P, P
lực đẩy Acsimet F v là ực căng dây T. Khi vật A
đứng yên ta có T + F = P => T = P – F = 10m
A
– V.d
n

hay T = 10 . 0,2 – 0.1 . 10
-3

. 10
4
=1(N)
B i tà ậ p 3: Hai vật có khối lượng m
1
= 1,5(Kg) v mà
2
= 1(Kg)
3
H.2
H.1’
•
•
N
được treo v o hai à đầu sợi dây vắt qua một ròng rọc cố định vật m
1
tì lên
s n. Hà ảy xác định áp lực do m
1
ép lên s n.à


Phân tích.
Các lực tác dụng lên m
1
l : Trà ọng lực P
1
có phương T
1
T

2

thẳng đứng v chià ều xuống dưới, lực căng dây T
1
v à
m
2

phản lực N có phương thẳng đứng v chià ều lên trên. Ta m
1
P
2
biểu diễn các lực trên hình vẽ(H.3).
Khi vật m
1
đứng yên thì: N + T
1
= P
1
 T
1
=P
1
– N P
1
Tại vât m
2
chịu tác dụng của lực căng dây T
2
có phương thẳng đứng chiều

lên trên, trọng lực P
2
có phương thắng đứng, chiều xuống dưới. Khi vật m
2

đứng yên thì: P
2
= T
2
. Khi hệ cân bằng thì T
1
= T
2
 P
1
– N = P
2

N = P
1
– P
2
. Phẩn lực tác dụng lên vật có độ lớn bằng áp lực của vật tác
dụng lên s n: F = N à  F = P
1
– P
2
.
L ờ i gi ả i: Gọi P
1

, P
2
l trà ọng lực của vật m
1
v mà
2
, T
1
, T
2
l là ực căng
dây, N l phà ản lực của s n tác dà ụng lên vật. Để m
1
đứng yên thì: T
1
= P
1

– N. Để m
2
đứng yên thì T
2
= P
2
. Khi hệ cân bằng thì T
1
= T
2
 P
1

– N
= P
2

=>N = P
1
– P
2
.
Gọi F l áp là ực của vật tác dụng lên s n ta có F = N à
hay F = P
1
– P
2
= 10m
1
– 10m
2
= 10.1,5 – 10.1 =5(N).
B i tà ậ p t ươ ng t ự :
4
H.3
•
•
Cho hệ vật như hình vẽ với m
1
= m
2
= 1,5(Kg), vật m
2

có thể tích V
2
= 0,05. 10
-3
m
3
. Vật m
1
được đặt trên s n. à
Hãy xác định áp lực của m
2
tác dụng lên s n. mà
1
(d
n
ướ
c
= 10
4
N/m
3
)
m
2

F
k
II. C C B I TÁ À ẬP LIÊN QUAN ĐẾN RÒNG RỌC ĐỘNG.
1. Lý thuy ế t :
Dùng ròng rọc động có lợi hai lần về lực thì thiệt hai T

1
lần về đường đi, không có lợi về công.
Khi treo vật v o ròng rà ọc động như hình vẽ. Vật chịu tác T
dụng của hai lực trọng lực P có phương thẳng đứng v à
chiều hướng xuống dưới, lực căng dây T có phương thẳng
đứng v chià ều hướng lên trên ta biểu diễn các lực trên hình P
vẽ. Khi vật A chuyển động đều hoặc đứng yên thì P = T
với T = 2T
1
=> T
1
=
2
P
. Khi đó lực kéo dây ở đầu B l Fà
k
=T
1
hay F
k
=
2
P
.
Nếu gọi s l quà ảng đường vật A đi được thì quảng đường đi của đầu dây B
l s’: à
s’ =2s. Khi đó công A để kéo vật A l : A = Fà
k
.s’ = P.s
2.B i tà ậ p.

B i 1à . Vật có khối lượng m = 1(Kg). Mắc v o mà ột sợi dây vắt qua
ròng rọc như H.5 . Tính lực kéo đầu B để vật A đứng yên.
Giải: Vật A mắc v o mà ột ròng rọc động nên lực kéo tác dụng lên đầu B l :à
F
k
=
2
P
hay F
k
=
2
10
A
m
=
)(5
2
1.10
N=
.
B i 2à .(b i tà ập tương tự). Vật A có khối lượng m = 1(Kg), thể tích
5
H.5
H.4
•
V = 0,2.10
-3
m
3

được vắt qua ròng rọc như b i tà ập 1. Tính lực kéo đầu B để
vật A đứng yên khi nhúng vật A ngập trong nước.
III. C C B I TÁ À ẬP KẾT HỢP GIỮA RÒNG RỌC CỐ ĐỊNH V RÒNG RÀ ỌC
ĐỘNG.
1.Lý thuy ế t :
Hệ ròng rọc l kà ết hợp giữa ròng rọc cố định v ròng rà ọc động với
mục đích l m à đổi hướng của lực kéo v già ảm về độ lớn của lực. Có các
dạng thường gặp như sau:
Dạng 1: Vật được mắc v o hà ệ ròng rọc như hình 6:
B i 1: à
Cho hệ ròng rọc như hình vẽ, m
A
= 0,3(kg).
Tính lực kéo đầu dây B để vật chuyển động đều đi lên. T’
Tính công kéo khi vật chuyển động được quảng đường h =2cm.
Phân tích:Hợp lực tác dụng lên vật A l là ực căng dây T v trà ọng B T
lực P biểu diễn như trên hình vẽ. Khi vật A cân bằng thì P
A
=T F
k

A
với T = 2T’ =>P
A
= 2T’. Gọi F
K
l là ực kéo đầu B để vật A P
A
chuyển động đều đi lên khi đó: F
K

= T’ => F
K
=
2
A
P
.
Gi ả i: Lực kéo đầu B để vật chuyển động đi lên l : à
F
k
=
2
A
P
=
)(5,1
2
3,0.10
2
.10
N
m
A
==
.
Công kéo vật A khi vật đi lên 2cm l : A=P . h =3.2. 10à
-2
=6.10
-2
(J).

B i 2à . Cho hệ ròng rọc như hình vẽ. Vật A có
khối lượng m = 2(Kg). Hỏi lực kéo đầu B l bao nhiêu à để
vật A chuyển động đều đi lên. Muốn vật A đi lên 4 cm T
2
thì tay phải kéo đầu dây đi bao nhiêu cm. Tính công
thực hiện lúc đó. B
Gi ả i : Vật A chịu tác dụng của lực căng dây T, trọng F
k
T
1

6
H.6
H.7
•
lùc P ®îc biÓu diÔn nh trªn h×nh vÏ. Khi vËt A c©n
bằng thì T = P
A
m T = 2Tà
1
, T
1
=2T
2
=> T
2
=
4
A
P

. T
Khi vật A chuyển động đều cần phải kéo đầu B một P
A
lực F
k
sao cho: F
k
=T
2
=>F
k
=
4
A
P
Thay m = 2(Kg) ta có:
F
K
=
).(5
4
2.10
N=
Vật A đi lên một đoạn s= 4cm thì đầu dây B phải chuyển động một đoạn
S’ = 4s = 4.4 = 16 (cm).
Công thực hiện l A=Fà
k
.s’ =5.16 .10
-2
= 0,9(N).

B i tà ậ p t ươ ng t ự :
B i 1:à Vật A được mắc v o hà ệ ròng rọc như hình 7. nhưng vật A được
nhúng v o trong nà ước biết V
A
= 0,4.10
-3
m
3
. Tính lực kéo đầu B để A đứng
yên.
B i 2:à Cũng như yêu cầu trên ta có thể mở rộng hệ ròng rọc như sau:


7
H.7’
•
T ổ ng quát : Lực kéo dây F
k
=
n
P
n
(
2
l sà ố ròng rọc động).
D ạ ng 2 : Vật được treo v o mà ột Palăng(H8):
B i tà ậ p 1 : Cho hệ ròng rọc như hình vẽ.
Vật A có khối lượng m
A
= 5(Kg). Tính lực kéo

đầu dây để vật A cân bằng. T
1
T
2
T
3
T
4

L ờ i gi ả i:
Vật A chịu tác dụng của trọng lực P v là ực T T’
căng dây T v Tà
’
. Biểu diễn các lực trên hình vẽ F
k
Ta có: Khi vật A cân bằng thì T + T’= P m à
T = T
1
+ T
2
, T’ = T
3
+ T
4
=> T
1
+ T
2
+ T
3

+ T
4
= P P
A
Với T
1
= T
2
= T
3
= T
4
= F
k
=> F
k
=
4
P

Thay số: M
A
= 5 (Kg) ta có F
k
=
4
10
A
m
=

4
5.10
=12,5 (N).
B i tà ậ p t ươ ng t ự :
Có thể mở rộng cho học sinh hệ
ròng rọc với nhiều ròng rọc động v cà ố định
như sau: …
Với yêu cầu tính hợp lực tác dụng
lên giá treo hoặc tính lực keo đầu B B
Tổng quát: Lực kéo đầu B l Fà
k
=
n
P
.2
(n l sà ố ròng rọc động)
D ạ ng 3: Vật được mắc v o ròng rà ọc như H.10.
B i tà ậ p : Cho hệ ròng rọc như hình vẽ. Biết
Khối lượng của vật l m tính là ực kéo đầu A khi vật
Cân bằng. T
1
T
2
T
3
8
H.8
H.9
H.10
•

L ờ i gi ả i: Vật M chịu tác dụng bởi các lực: Trọng lực F
k
P v là ực căng dây T. Ta biểt diễn các lực lên hình vẽ.
Khi vật M cân bằng: T = P với T = T
1
+ T
2
+ T
3
trong T
đó T
1
= T
2
= T
3
= F
k
=> F
k
=
3
P
B i tà ậ p t ươ ng t ự : P
Vật được mắc v o hà ệ ròng rọc sau:
Tính lực kéo đầu B để hệ cân bằng.
P
D ạ ng 4 : Vật được mắc v o hà ệ ròng rọc như H.12.
B i tà ậ p: Cho hệ ròng rọc như hình vẽ. Vật A v B có khà ối
lượng m

1
v mà
2
. Tìm mối quan hệ giữa m
1
v mà
2
để hệ cân
bằng.
L ờ i gi ả i : Vật A chịu tác dụng của các lực: Trọng lực P
A
T
1
T
1

Lực căng dây T
1
. ở vị trí cân bằng thì: P
A
= T
1
(ta biểu diễn
các lực như hình vẽ). Vật B chịu tác dụng của các lực: A T
2

Trọng lực P
B
v là ực căng dây T
2

khi cân bằng: T
2
=P
B
với B
T
1
= 2T
2
 T
1
=2P
B
 P
A
=2P
B
 m
A
= 2m
B
P
A
P
B

9
H.11
H.12
•

•
•
B i tà ậ p t ươ ng t ự :
B i 1à :
Cho hệ như hình vẽ. Tính khối lượng vật M để hệ
cân bằng, với khối lượng của tấm ván l m = 20(kg).à
B i 2à : Một người đứng trên một tâm ván được
treo v o hà ệ ròng rọc như hình vẽ. Trọng lượng
của người l Pà
1
=600(N) v trà ọng lượng của ván
l Pà
2
= 300(N). Hỏi người đó kéo dây với lực là
bao nhiêu để tấm ván đứng yên.
H ướ ng d ẫ n:
Người đó kéo dây bằng lực T
2
nên người đó đè T
1
T
2
T
2
lên tâm ván một lực có độ lớn: P
1
– T
2
Các lực tác dụng lên tâm gổ gồm:
- Trọng lực tấm gỗ P

2
.
- Lực đè lên tâm ván của người P
1
– T
2
P
2

- Sức căng dây T
1
,

T
2
với T
1
= 2.T
2
. P
1
Khi thanh cân băng: P
2
+ (P
1
– T
2
) = T
1
+ T

2
<=> P
1
+ P
2
= 4.T
2
=>
T
2
=
4
21
PP +
D ạ ng 5: B i tà ập liên quan đến đòn bẩy.
Cho hệ thống cân bằng như hình vẽ. Khối
lượng của vật l M, khà ối lượng của thanh
l M’. Bià ết thanh AB nằm ngang. Tìm T’ M’
mối quan hệ giữa M v M’ à để hệ cân bằng. A B
L ờ i gi ả i: Vật M chịu tác dụng của các lực trọng lực T P’
P, lực căng dây T với P = T trong đó T = 2T’. M
10
H.13
H.14
•
H.15
Thanh M’ chịu tác dụng của các lực: Trọng lực P’ P
lực căng dây T’. Khi hệ cân bằng T’. AB = P’.
2
AB


2
P
. AB =P’.
2
AB
<=> P = P’ hay M = M’.
III. K Ế T LU Ậ N:
Trên dây l phà ương pháp phân tích lực để giải các b i tà ập về máy
cơ đơn giản l ròng rà ọc. Trong quá trình giảng dạy khi chưa vận dụng
phương pháp n y tôi thà ấy học sinh rất lúng túng trong khi giải b i tà ập về
ròng rọc. Nhưng từ khi tôi vận dụng phương pháp n y v o già à ảng dạy,
hướng dẫn cho học sinh thi tôi thấy các em tiếp thu rất nhanh, vận dụng
v o già ải các b i tà ập rất hiệu quả. Cụ thể, tôi chọn ra 10 học sinh bồi dưỡng
thì có 9 học sinh l m b i rà à ất tốt đạt từ 8 đến 10 điểm, 1 học sinh đạt 7
điểm.
Tuy nhiên trong b i vià ết n y dù rà ất cố gắng nhưng không thể không
thiếu sót, mong các đồng nghiệp góp ý để ng y c ng ho n thià à à ện hơn.
IV. ĐỀ XU Ấ T KI Ế N NGH Ị
- Trong quá trình công tác tôi thấy Sở GD - ĐT v phòng GD thà ường
tổ chức các đợt bồi dưỡng thường xuyên cho giáo viên nhưng ít thấy tổ
chức chuyên đề bồi dưỡng về phương pháp giải các dạng b i tà ập vật lý cho
giáo viên. Nên tôi thiết nghĩ các cấp có thẩm quyền tạo điều kiện cho giáo
viên tham gia các buổi bồi dưỡng về phương pháp để nâng cao nhận thức,
trau dồi chuyên môn nghiệp vụ để giảng dạy có hiệu quả hơn.
- Vì mỗi sáng kiến l mà ột t i lià ệu rất quan trọng nên tôi nghỉ rằng
nếu Sở v Phòng sau mà ỗi năm nên lựa chọn các sáng kiến tiêu biểu trong
tĩnh cũng như ngo i tà ĩnh in th nh sách phát cho giáo viên l m t i lià à à ệu học
tập cho mình.
11