Khối tâm, trọng tâm và mức vững vàng – dây dọi và góc đổ

Phục vụ chủ đề Động lực học của Vật lí 10 (Chương trình GDPT 2018), phần momen lực và cân bằng của vật rắn. Khối tâm của hệ chất điểm có toạ độ x_cm = Σm·x/Σm; trong trọng trường đều, trọng tâm (điểm đặt của trọng lực) trùng với khối tâm. Trọng tâm của bản mỏng được tìm bằng dây dọi: khi treo bản ở một điểm và để đứng yên, trọng tâm nằm trên đường thẳng đứng qua điểm treo. Vật đặt trên mặt ngang bị đổ khi đường tác dụng của trọng lực đi ra ngoài mặt chân đế; chân đế rộng, trọng tâm thấp thì vật vững vàng hơn. Màn Khối tâm: kéo 2–5 chất điểm trên thanh hoặc mặt phẳng, đổi khối lượng, tích chọn vật nào ở trong ranh giới hệ; bảng tính m·x, Σm và khối tâm. Màn Dây dọi là thí nghiệm thực hành: chọn hình bản mỏng (bất kì, chữ L, tam giác), treo ở lỗ A, B hoặc C, chờ đứng yên rồi bấm Kẻ theo dây dọi; bảng ghi các đường kẻ, giao điểm cho trọng tâm đo được và sai lệch so với trọng tâm tính từ hình dạng. Màn Vững vàng và lật đổ: đổi bề rộng chân đế b, chiều cao H, độ cao trọng tâm h, nghiêng vật rồi thả tay hoặc bấm Tìm góc đổ; bảng so sánh góc đổ với arctan(b/2h). Câu hỏi gợi ý: – Bỏ một vật ra khỏi hệ thì khối tâm dịch về phía nào, vì sao? – Vì sao giao điểm các đường dây dọi kẻ từ hai lỗ khác nhau là trọng tâm của bản mỏng? – Muốn một chiếc tủ cao khó bị đổ hơn, nên xếp đồ nặng ở ngăn trên hay ngăn dưới?