Lớp 10 · Vật Lí
Bài 17
Trọng Lực & Lực Căng
Đặc điểm trọng lực, công thức $P = mg$, phân biệt khối lượng & trọng lượng, lực căng dây
1
Trọng lực & công thức $P = mg$
▼
📐 Định nghĩa
Mọi vật ở gần Trái Đất đều chịu lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng. Lực này gây ra cho vật gia tốc rơi tự do và được gọi là trọng lực, kí hiệu $\vec{P}$.
▸ Đặc điểm của trọng lực (gần bề mặt Trái Đất)
①Phương: thẳng đứng.
②Chiều: hướng về phía tâm Trái Đất (từ trên xuống dưới).
③Điểm đặt: tại trọng tâm của vật.
Hình 1: Các tình huống liên quan đến trọng lực (Hình 17.1 SGK KNTT)
▸ Công thức trọng lực
📐 Công thức
Vectơ: $\;\vec{P} = m \cdot \vec{g}$
Độ lớn: $\;P = m \cdot g$
Độ lớn: $\;P = m \cdot g$
• $P$: trọng lực (N — Newton)
• $m$: khối lượng của vật (kg)
• $g$: gia tốc rơi tự do tại nơi đặt vật (m/s²)
• $m$: khối lượng của vật (kg)
• $g$: gia tốc rơi tự do tại nơi đặt vật (m/s²)
⚡ Mối liên hệ đơn vị
$1$ N $= 1$ kg $\cdot$ $1$ m/s$^2$
Trên Trái Đất, lấy $g = 9{,}8$ m/s$^2$ (hoặc gần đúng $g = 10$ m/s$^2$ để dễ tính).
Trên Trái Đất, lấy $g = 9{,}8$ m/s$^2$ (hoặc gần đúng $g = 10$ m/s$^2$ để dễ tính).
📝 Ví dụ — Tính trọng lượng
Một vật có khối lượng $m = 5$ kg ở mặt đất. Lấy $g = 10$ m/s². Trọng lượng của vật là:
Áp dụng công thức: $P = mg = 5 \cdot 10 = 50$ N.
Vậy trọng lực Trái Đất hút vật có độ lớn $50$ N, hướng thẳng đứng xuống dưới, đặt tại trọng tâm vật.
Áp dụng công thức: $P = mg = 5 \cdot 10 = 50$ N.
Vậy trọng lực Trái Đất hút vật có độ lớn $50$ N, hướng thẳng đứng xuống dưới, đặt tại trọng tâm vật.
2
Trọng lượng & phân biệt với khối lượng
▼
📐 Định nghĩa
Trọng lượng của một vật là độ lớn trọng lực tác dụng lên vật đó. Đo bằng lực kế hoặc cân lò xo.
$P = m \cdot g$ (N)
▸ Phân biệt khối lượng và trọng lượng
⚖️ Khối lượng ($m$)
Bản chấtSố đo lượng chất của vật
Đơn vịkg
Dụng cụ đoCân
Thay đổi theo vị trí?KHÔNG – luôn không đổi
🌍 Trọng lượng ($P$)
Bản chấtĐộ lớn lực hấp dẫn của Trái Đất lên vật
Đơn vịN (Newton)
Dụng cụ đoLực kế
Thay đổi theo vị trí?CÓ – thay đổi khi $g$ thay đổi
⚡ Lưu ý quan trọng
Khi đưa vật từ mặt đất lên cao, hoặc từ Trái Đất sang hành tinh khác:
• Khối lượng $m$ KHÔNG đổi (giữ nguyên).
• Trọng lượng $P$ thay đổi theo $g$ tại nơi đặt vật.
• Khối lượng $m$ KHÔNG đổi (giữ nguyên).
• Trọng lượng $P$ thay đổi theo $g$ tại nơi đặt vật.
▸ Tỉ số trọng lượng ở hai nơi
Khi vật ở 2 vị trí có $g$ khác nhau
$\dfrac{P_1}{P_2} = \dfrac{g_1}{g_2}$
($m$ không đổi nên triệt tiêu khi lập tỉ số)
($m$ không đổi nên triệt tiêu khi lập tỉ số)
📝 Ví dụ — So sánh trọng lượng
Một nhà du hành vũ trụ có khối lượng $80$ kg. Trên Trái Đất ($g = 9{,}8$ m/s²) trọng lượng là:
$\;P_{TĐ} = 80 \cdot 9{,}8 = 784$ N.
Trên sao Hoả ($g_{SH} = 3{,}7$ m/s²): khối lượng vẫn là $80$ kg, nhưng:
$\;P_{SH} = 80 \cdot 3{,}7 = 296$ N.
Kết luận: Khối lượng không đổi, trọng lượng giảm khoảng $\dfrac{784}{296} \approx 2{,}65$ lần khi lên sao Hoả.
$\;P_{TĐ} = 80 \cdot 9{,}8 = 784$ N.
Trên sao Hoả ($g_{SH} = 3{,}7$ m/s²): khối lượng vẫn là $80$ kg, nhưng:
$\;P_{SH} = 80 \cdot 3{,}7 = 296$ N.
Kết luận: Khối lượng không đổi, trọng lượng giảm khoảng $\dfrac{784}{296} \approx 2{,}65$ lần khi lên sao Hoả.
3
Trọng tâm của vật
▼
📐 Định nghĩa
Trọng tâm là điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật.
▸ Vị trí trọng tâm
→Với vật phẳng, mỏng, đồng chất có dạng hình học đối xứng (hình tròn, vuông, tam giác đều...): trọng tâm nằm tại tâm đối xứng.
→Trọng tâm có thể nằm ngoài phần vật chất (ví dụ: chiếc nhẫn, đĩa tròn bị khoét lỗ giữa).
▸ Cách xác định trọng tâm bằng thực nghiệm
①Treo vật bằng dây mềm tại điểm A bất kì → đường dây dọi kéo dài đi qua trọng tâm.
②Treo vật tại điểm B khác → đường dây dọi thứ hai cũng đi qua trọng tâm.
③Giao điểm hai đường đó chính là trọng tâm $G$ của vật.
Hình 2: Xác định trọng tâm bằng phương pháp treo (Hình 17.5 SGK KNTT)
💡 Lưu ý
Trọng tâm là điểm đặt của trọng lực — KHÔNG phải là một điểm cụ thể trên bề mặt vật. Có những vật có trọng tâm nằm ngoài phần "vật chất" của nó (chiếc nhẫn — trọng tâm ở giữa lỗ).
4
Lực căng dây & tính toán cho vật treo
▼
📐 Định nghĩa
Khi một sợi dây bị kéo, tại mọi điểm trên dây (kể cả hai đầu) xuất hiện lực chống lại sự kéo. Lực này gọi là lực căng, kí hiệu $\vec{T}$.
▸ Đặc điểm của lực căng
①Phương: trùng với phương của sợi dây.
②Chiều: hướng từ hai đầu vào phần giữa dây (ngược với chiều lực kéo dãn dây).
③Điểm đặt: tại vị trí tiếp xúc giữa đầu dây và vật.
④Bản chất: là lực đàn hồi — chỉ kéo, không thể đẩy (nén).
Hình 3: Lực căng dây trong các tình huống (Hình 17.4 SGK KNTT)
⚠️ Lực căng giới hạn
Mỗi sợi dây chỉ chịu được một lực căng tối đa $T_{max}$. Khi lực căng vượt quá giá trị này, dây sẽ bị đứt.
▸ Dây nhẹ qua ròng rọc nhẹ
⭐ Tính chất quan trọng
Nếu khối lượng dây và ròng rọc không đáng kể, lực căng tại mọi điểm trên dây có độ lớn bằng nhau:
$T_1 = T_1' = T_2 = T_2'$
Hình 4: Dây qua ròng rọc nhẹ — lực căng bằng nhau (Hình 17.6 SGK KNTT)
▸ Tính lực căng dây cho vật treo thẳng đứng
Vật chịu 2 lực: trọng lực $\vec{P}$ (xuống) và lực căng $\vec{T}$ (lên dọc dây). Áp dụng định luật 2 Newton, chiếu theo chiều $\vec{T}$ hướng lên:
Phương trình tổng quát
$T - P = ma$
| Trường hợp | Gia tốc | Lực căng |
|---|---|---|
| Vật đứng yên | $a = 0$ | $T = mg$ |
| Đi lên nhanh dần | $a$ hướng lên | $T = m(g + a)$ |
| Đi xuống nhanh dần | $a$ hướng xuống | $T = m(g - a)$ |
📝 Ví dụ — Bóng đèn treo trần nhà
Bóng đèn $m = 2$ kg treo cố định bằng dây vào trần nhà. Lấy $g = 10$ m/s².
Vì bóng đèn đứng yên nên $a = 0$:
$\;T = mg = 2 \cdot 10 = 20$ N.
Lực do trần nhà giữ dây có độ lớn cũng bằng $T = 20$ N (theo định luật 3 Newton).
Vì bóng đèn đứng yên nên $a = 0$:
$\;T = mg = 2 \cdot 10 = 20$ N.
Lực do trần nhà giữ dây có độ lớn cũng bằng $T = 20$ N (theo định luật 3 Newton).
📝 Ví dụ — Vật được kéo lên
Vật $m = 4$ kg được dây kéo đi lên với gia tốc $a = 8$ m/s². Lấy $g = 10$ m/s².
Gia tốc cùng chiều $\vec{T}$ (hướng lên):
$\;T = m(g + a) = 4(10 + 8) = 72$ N.
Lưu ý: $T$ lúc này lớn hơn $mg = 40$ N — phù hợp vì cần thêm lực để gây gia tốc.
Gia tốc cùng chiều $\vec{T}$ (hướng lên):
$\;T = m(g + a) = 4(10 + 8) = 72$ N.
Lưu ý: $T$ lúc này lớn hơn $mg = 40$ N — phù hợp vì cần thêm lực để gây gia tốc.
5
Tổng kết & Xem lý thuyết đầy đủ
▼
⚡ Tổng kết Bài 17
• Trọng lực: phương thẳng đứng, chiều xuống, đặt tại trọng tâm. Công thức $P = mg$.
• Trọng lượng: độ lớn trọng lực, đo bằng lực kế, đơn vị N.
• Khối lượng & trọng lượng: $m$ không đổi (kg, đo bằng cân); $P$ thay đổi theo $g$ (N, đo bằng lực kế).
• Tỉ số: $\dfrac{P_1}{P_2} = \dfrac{g_1}{g_2}$.
• Trọng tâm: điểm đặt trọng lực; vật phẳng đối xứng → trọng tâm tại tâm đối xứng.
• Lực căng: phương dọc dây, chiều từ hai đầu vào giữa, chỉ kéo không đẩy.
• Dây nhẹ qua ròng rọc nhẹ: $T$ bằng nhau ở mọi điểm.
• Vật treo: đứng yên $T = mg$; đi lên $T = m(g+a)$; đi xuống $T = m(g-a)$.
• Trọng lượng: độ lớn trọng lực, đo bằng lực kế, đơn vị N.
• Khối lượng & trọng lượng: $m$ không đổi (kg, đo bằng cân); $P$ thay đổi theo $g$ (N, đo bằng lực kế).
• Tỉ số: $\dfrac{P_1}{P_2} = \dfrac{g_1}{g_2}$.
• Trọng tâm: điểm đặt trọng lực; vật phẳng đối xứng → trọng tâm tại tâm đối xứng.
• Lực căng: phương dọc dây, chiều từ hai đầu vào giữa, chỉ kéo không đẩy.
• Dây nhẹ qua ròng rọc nhẹ: $T$ bằng nhau ở mọi điểm.
• Vật treo: đứng yên $T = mg$; đi lên $T = m(g+a)$; đi xuống $T = m(g-a)$.
Để xem lý thuyết đầy đủ (kèm hình ảnh SGK chi tiết, các phương pháp giải nhanh, mẹo, sai lầm thường gặp, các dạng bài mở rộng), các em hãy tham khảo bài viết bên dưới:
📚 Xem thêm: Lý thuyết đầy đủ + PP giải các dạng + Mẹo & sai lầm thường gặp tại Edus.vnSau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 23 câu bám sát SGK Vật Lí 10!
1
—
Điểm: 0/23
⚖️
Cùng luyện Bài 17 — Trọng lực & Lực căng!
23 câu: 17 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận
🏆
Tuyệt vời!
0/23
💡 Gợi ý
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn