Bài 5.8:
Hai khối gỗ hình lập phương cạnh a = 10 cm bằng nhau có trọng lượng riêng lần lượt là d1 = 12 000 N/m3 và d2 = 6 000 N/m3 được thả trong nước. Hai khối gỗ được nối với nhau bằng một sợi dây mảnh dài 20 cm tại tâm của mỗi vật. Trọng lượng riêng của nước là 10 000 N/m3
a) Tính lực căng của sợi dây
b) Tính công để nhấc cả hai khối gõ ra khỏi nước.
Bài 5.9:
Một tòa nhà cao 10 tầng, mỗi tầng cao 3,4m có một thang máy chở tối đa được 20 người, mỗi người có khối lượng trung bình 50kg. Mỗi chuyến lên tầng 10 mất một phút (nếu không dừng ở các tầng khác)
a) Công suất tối thiểu của động cơ thang máy là bao nhiêu ?
b) Để đảm bảo an toàn, người ta dùng một động cơ có công suất lớn gấp đôi mức tối thiểu trên. Biết rằng, giá 1kWh điện là 800 đồng. Hỏi chi phí mỗi chuyến cho thang máy là bao nhiêu ?
Đáp án:
A. T=2N
b. A=2,52J
Giải thích các bước giải:
Với dạng bài này, có hai trường hợp:
– Khi cân bằng, khối nặng hơn chạm đáy
– Khi cân bằng, khối nhẹ hơn ở ngang mặt chất lỏng.
Sau đây, ta giả sử rơi vào trường hợp thứ hai. Nếu thấy kết quả tính toán vô lý thì trở lại xét trường hợp thứ nhất. Nếu thấy kết quả hợp lý nghĩa là trường hợp thứ nhất sai.
a) Do khối 1 nặng hơn nước nên nó chìm xuống.
Khối 1 chịu các lực tác dụng: trọng lực P1, lực đẩy Archimède F1, lực căng của dây T1.
Các lực F1, T1 hướng lên, P1 hướng xuống => F1 + T1 = P1
Với P1 = d1.a³ = 12000.0,1³ = 12(N)
F1 = 10000.0,1³ = 10(N)
=> T1 = P1 – F1 = 12 – 10 = 2(N)
b) Gọi x là phần chìm dưới nước của khối 2.
Khối 2 chịu tác dụng của các lực: Trọng lực P2, lực đẩy Archimède F2, lực căng của dây T2 = T1
Các lực P2, T2 hướng xuống, F2 hướng lên.
F2 = P2 + T2 = d2.a³ + T2 = 6000.0,1³ + 2 = 8(N)
F2 = do.xa²
=> x = F2/(do.a²)
= 8/(10000.0,1²) =0,08(m)
Mặt dưới của khối 1 cách mặt nước
d = a + l + x = 0,1 + 0,2 + 0,08 = 0,38(m)
Để nhấc cả hai khối ra khỏi nước, cần nhấc cả hai khối lên một đoạn d.
Có ba giai đoạn:
– Nhấc khối 2 ra khỏi mặt nước (đi lên một đoạn x = 0,08m)
Ở đầu giai đoạn này, lực cần tác dụng bằng 0. Ở cuối giai đoạn, lực đẩy Archimède F2 mất đi nên lực cần tác dụng bằng F2 = 8N
A1 = F2.x/2 = 8.0,08/2 = 0,32(J)
– Nhấc khối 1 lên sát mặt nước, tức là đi lên một đoạn bằng chiều dài sợi dây l = 0,2m
Lực cần tác dụng trong suốt giai đoạn này không đổi và bằng F2 = 8N
A2 = F2.l = 8.0,2 = 1,6(J)
– Nhấc khối 1 ra khỏi mặt nước, tức là đi lên một đoạn a = 0,1m
Ở đầu giai đoạn này, lực cần tác dụng bằng F2. Ở cuối giai đoạn, lực đẩy Archimède F1 mất đi nên lực cần tác dụng bằng F1 + F2 = 10 + 8 = 18(N)
A3 = (F2 + F1 + F2).a/2
= (8 + 18).0,1/2 = 0,6(J)
A = A1 + A2 + A3
= 0,32 + 1,6 + 0,6 = 2,52(J)