Có một thanh AB đồng chất, tiết điện đều được đặt vào một chậu nước sao cho một đầu thanh nhúng trong nước, đầu còn lại tựa vào thành chậu tại điểm O với OA = OB/2. Khi thanh kim loại ở trạng thái cân bằng thì đúng một nửa thanh ngập trong nước. Tìm khối lượng riêng của thanh, cho khối lượng riêng nước là 1000kg/m3.
Thanh AB là một đòn bẩy có điểm tựa tại O. Các lực tác dụng lên đòn bẩy AB:
- Trọng lực của thah AB đặt tại trung điểm G của thanh AB, chiều từ trên xuống, cánh tay đòn là đoạn GH.
- Lực đẩy Ác-si-mét nước tác dụng lên thanh AB, có điểm đặt tại trung điểm N của đoạn GB bị ngập trong nước, chiều từ dưới lên, cánh tay đòn là đoạn KN.
Thanh Ab đang cân bằng nên theo điều kiện cân bằng của đòn bẩy ta có:
\(P.GH=F_A.NK\left(1\right)\)
Gọi trọng lượng riêng của thanh là D, trọng lượng riêng của nước là Dn, S là tiêt diện đáy của thanh, l là chiều dài thanh.
Ta có:
\(P=10D.S.l\\ F_A=10D_n.S.\dfrac{l}{2}\)
Thay vào (1) ta được:
\(10D.S.l.GH=10D_n.S.\dfrac{l}{2}.NK\\ \Rightarrow D.GH=D_n.\dfrac{1}{2}NK\\ \Rightarrow D=\dfrac{NK.D_n}{2GH}\left(2\right)\)
Xét \(\Delta OHG\) và \(\Delta OKN\) có:
\(\widehat{OHG}=\widehat{OKN}=90^o\)
\(\widehat{N}\): góc chung
\(\Rightarrow\Delta OHG\approx\Delta OKN\left(g-g\right)\)
Do đó:
\(\dfrac{NK}{GH}=\dfrac{ON}{OM}\)
Ta có:
\(ON=OB-NB=\dfrac{2l}{3}-\dfrac{l}{4}=\dfrac{5l}{12}\\ OG=AG-AO=\dfrac{l}{2}-\dfrac{l}{3}=\dfrac{l}{6}\)
\(\Rightarrow\dfrac{NK}{GH}=\dfrac{ON}{OM}=\dfrac{\dfrac{5l}{12}}{\dfrac{l}{6}}=\dfrac{5}{2}\)
Thay vào (2) ta được:
\(D=\dfrac{5.D_n}{2.2}=\dfrac{5.1000}{4}=1250\)(kg/m3)
Vậy khối lượng riêng của thanh kim loại là 1250kg/m3.
bài này trong đề thi học sinh gỏi vật lý cấp huyện
gọi chiều dài thanh AB là l, thanh có tiết diện S
ta tính được OA = 1/2OB = 1/3 AB = l/3
M là trung điểm AB => MB = l/2 => OM =l/6
N là trung điểm BM => BN = l/4 =. ON = 5l/12
Ta áp dụng quy tắc đòn bẩy với điểm tựa là O, chiều dương thuận chiều kim đồng hồ.
Các lực tác dụng vào thanh có trọng lực P, lực đẩy Acsimet Fa, phản lực T như hình vẽ.
ta có:
Fa.ON - P.OM + T.0 = 0
=> (S.l/2) .Dnước. (5l/12) - S.l.D.l/6 = 0
=> Dnước.5/24 - D/6 = 0
=> D = 5/4
=> D = 5/4. Dnước = 1250 kg/m^3
Mình làm bị thiếu
