Bài 5 trang 106 SGK Vật lí 10

Đề bài

Hãy xác định trọng tâm của một bản phẳng mỏng, đồng chất, hình chữ nhật dài 12cm, rộng 6 cm, bị cắt mất một phần hình vuông có cạnh 3 cm ở một góc (Hình 19.7)

Hướng dẫn giải

Quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều:

- Hợp lực của hai lực song song cùng chiều là một lực song song, cùng chiều và có độ lớn bằng tổng các độ lớn của hai lực ấy.

- Giá của hợp lực chia khoảng cách giữa hai giá của hai lực song song thành những đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực ấy.

\(F = {F_1} + {F_2};{{{F_1}} \over {{F_2}}} = {{{d_2}} \over {{d_1}}}\) (chia trong)

Lời giải chi tiết

Hình vẽ biểu diễn lực:

Chia bản mỏng thành hai phần: ABCD và BMNQ. Trọng tâm của 2 phần này là O₁ và O₂. Nếu gọi trọng tâm của bản là G thì G sẽ là điểm đặt của hợp lực của các trọng lực P₁ và P₂ của hai bản nói trên.

Do các bản phẳng mỏng, đồng chất nên trọng lượng của mỗi tấm tỉ lệ với diện tích.

Ta có: \(\frac{P_{1}}{P_{2}}\) = \(\frac{S_{1}}{S_{2}}\) = \(\frac{6.9}{3.3}\)  = 6

Khi đó G được xác định như sau:

    \({{{P_1}} \over {{P_2}}} = {{HI} \over {H{O_1}}} = {{G{O_2}} \over {G{O_1}}} = 6 \Rightarrow G{O_2} = 6.G{O_1}\)        (1)

Mặt khác ta có: 

\(\eqalign{
& G{O_1} + G{O_2} = {O_1}{O_2} = \sqrt {{O_1}{I^2} + {O_2}{I^2}} \cr&= \sqrt {{{\left( {4,5 + 1,5} \right)}^2} + {{1,5}^2}} = 6,18 \cr
& \Rightarrow G{O_1} + G{O_2} = 6,18cm\left( 2 \right) \cr} \)

Từ (1) và (2) => GO₁ = 0,88 cm

Vậy trọng tâm G nằm trên đường nối O₁ và O₂ và cách G₁ một đoạn 0,88cm.