Lý thuyết Vật lý 10 bài 13: Tổng hợp lực – Phân tích lực CTST

Sách Chân trời sáng tạo

VnDoc xin giới thiệu bài Lý thuyết Vật lý lớp 10 bài 13: Tổng hợp lực – Phân tích lực được chúng tôi sưu tầm và tổng hợp các câu hỏi lí thuyết và trắc nghiệm có đáp án đi kèm nằm trong chương trình giảng dạy môn Vật lý lớp 10 sách chân trời sáng tạo. Mời quý thầy cô cùng các bạn tham khảo tài liệu dưới đây.

Bài 13: Tổng hợp lực – Phân tích lực

A. Lý thuyết Vật lý 10 bài 13
- 1. Tổng hợp và phân tích lực
- 2. Thí nghiệm tổng hợp lực
B. Bài tập minh họa
C. Trắc nghiệm Vật lý 10 bài 13

A. Lý thuyết Vật lý 10 bài 13

1. Tổng hợp và phân tích lực

a. Phương pháp tổng hợp lực trên một mặt phẳng

Lực tác dụng lên một số vật trong thực tiễn:

a) gàu nước đang được kéo lên

b) thùng hàng đang dịch chuyển về bên phải

c) con lắc đang chuyển động

Lực tổng hợp là một lực thay thế các lực tác dụng đồng thời vào cùng một vật, có tác dụng giống hệt các lực ấy.

- Quy tắc hình bình hành: Lực tổng hợp $\overrightarrow {{F_t}} = \overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}}$ $\overrightarrow {{F_t}} = \overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}}$ của hai lực đồng quy $\overrightarrow {{F_1}} ,\overrightarrow {{F_2}}$ $\overrightarrow {{F_1}} ,\overrightarrow {{F_2}}$được biểu diễn bởi vecto đường chéo của hình bình hành. Khi này, gốc hai vecto lực phải trùng nhau.

- Quy tắc tam giác lực: Ta có thể tịnh tiến vecto lực $\overrightarrow {{F_2}}$ $\overrightarrow {{F_2}}$ sao cho gốc của nó trùng với ngọn của vecto $\overrightarrow {{F_1}}$ $\overrightarrow {{F_1}}$. Khi này, vecto lực tổng hợp $\overrightarrow {{F_t}}$ $\overrightarrow {{F_t}}$ là vecto nối gốc của $\overrightarrow {{F_1}}$ $\overrightarrow {{F_1}}$ với ngọn của $\overrightarrow {{F_2}}$ $\overrightarrow {{F_2}}$.

- Khi vật chịu tác dụng của nhiều hơn hai lực. Ta có thể áp dụng một cách liên tiếp quy tắc tam giác lực để tìm hợp lực. Quy tắc này gọi là quy tắc đa giác lực


Lực T là lực tổng hợp của các lực thành phần T1 và T2

b. Phương pháp phân tích một lực thành các lực thành phần vuông góc

- Trong nhiều trường hợp, ta cần phân tích một lực thành hai thành phần vuông góc với nhau để có thể giải quyết bài toán cụ thể.

- Cần phải xác định được các phương tác dụng của lực để phân tích.

- Ví dụ:

+ Khối gỗ được kéo trượt trên mặt phẳng ngang


Lực kéo	Phân tích lực kéo

+ Người chơi trượt cát từ đỉnh đồi theo một mặt phẳng nghiêng


Lực đẩy	Phân tích trọng lực P

2. Thí nghiệm tổng hợp lực

a. Thí nghiệm 1: Tổng hợp hai lực đồng quy

- Thí nghiệm:

+ Bước 1: Bố trí thí nghiệm theo gợi ý ở Hình dưới đây:

. Hiệu chỉnh lực kế (điều chỉnh lực kế sao cho khi chưa đo lực thì kim chỉ thị nằm đúng vạch số 0).

. Móc một đầu lò xo vào chốt của đế nam châm gắn trên bảng từ.

. Móc hai lực kế gắn lên bảng vào đầu dưới của lò xo nhờ sợi dây ba nhánh.

+ Bước 2: Kéo hai lực kế về hai phía cho lò xo dãn ra một đoạn (trong giới hạn đàn hồi).

Gợi ý bố trí thí nghiệm

+ Bước 3: Đặt thước đo góc lên bảng từ sao cho tâm thước trùng với vị trí giao nhau của ba nhánh dây. Lưu ý dùng êke ba chiều để căn chỉnh dây nối lò xo có phương trùng với vạch số 0.

+ Bước 4: Đo góc $\alpha$ $\alpha$ hợp bởi hai nhánh dây nối với lực kế, đọc số chỉ số đo của hai lực kế F₁, F₂

- Lực tổng hợp $\overrightarrow {{F_t}}$ $\overrightarrow {{F_t}}$nằm trên đường chéo của hình bình hành với 2 cạnh là 2 lực thành phần $\overrightarrow {{F_1}} ,\overrightarrow {{F_2}}$ $\overrightarrow {{F_1}} ,\overrightarrow {{F_2}}$

b. Thí nghiệm 2: Tổng hợp hai lực song song cùng chiều

* Thí nghiệm:

- Bước 1: Bố trí thí nghiệm theo gợi ý: gắn hai đầu thước nhôm nhẹ với hai lò xo và treo lên bảng từ bằng hai nam châm.

- Bước 2: Treo vào hai điểm A, B ở hai đầu của thước nhôm một số quả cân (khối lượng mỗi bên khác nhau). Đánh dấu vị trí cân bằng mới này của thước nhờ vào êke ba chiều (Hình 13.12). Ghi giá trị trọng lượng PA, PB của các quả cân mỗi bên.

- Bước 3: Treo các quả cân vào cùng một vị trí trên thước AB (số lượng các quả cân và vị trí treo có thể thay đổi) sao cho thước trở lại đúng vị trí đánh dấu lúc đầu (Hình 13.13). Đo các giá trị AO và BO trên thước

Lưu ý: Thực hiện thí nghiệm 3 lần và ghi số liệu vào bảng


Hình 13.12. Gợi ý bố trí thí nghiệm để tổng hợp hai lực song song	Hình 13.13. Treo các quả cân sao cho lục cân bằng như trước

- Từ kết quả ta thấy:

Minh họa tổng hợp hai lực song song cùng chiều

Lực tổng hợp của hai lực song song cùng chiều là một lực:

+ Song song, cùng chiều với các lực thành phần

+ Có độ lớn bằng tổng độ lớn của các lực: ${F_t} = {F_1} + {F_2}$ ${F_t} = {F_1} + {F_2}$

+ Có giá nằm trong mặt phẳng của hai lực thành phần, chia khoảng cách giữa hai giá của hai lực song song thành những đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực ấy:

$\frac{{{F_1}}}{{{F_2}}} = \frac{{{d_2}}}{{{d_1}}}$ $\frac{{{F_1}}}{{{F_2}}} = \frac{{{d_2}}}{{{d_1}}}$

B. Bài tập minh họa

Bài tập 1: Độ lớn của hợp lực hai lực đồng quy hợp với nhau góc $\alpha $ thỏa mãn biểu thức nào?

Hướng dẫn giải:

Áp dụng quy tắc hình bình hành ta có độ lớn của hợp lực là $F = \sqrt {F_1^2 + F_2^2 + 2.{F_1}.{F_2}.c{\rm{os}}\alpha }$ $F = \sqrt {F_1^2 + F_2^2 + 2.{F_1}.{F_2}.c{\rm{os}}\alpha }$

Bài tập 2: Cho hai lực đồng quy có cùng độ lớn 600 N. Hỏi góc giữa 2 lực bằng bao nhiêu thì hợp lực cũng có độ lớn bằng 600 N?

Hướng dẫn giải:

Áp dụng quy tắc hình bình hành ta có:

$\begin{array}{l} {F^2} = F_1^2 + F_2^2 + 2.{F_1}.{F_2}.c{\rm{os}}\alpha \\ \Rightarrow {\rm{60}}{{\rm{0}}^2} = {600^2} + {600^2} + 2.600.600.c{\rm{os}}\alpha \\ \Rightarrow \alpha = {120^0} \end{array}$ $\begin{array}{l} {F^2} = F_1^2 + F_2^2 + 2.{F_1}.{F_2}.c{\rm{os}}\alpha \\ \Rightarrow {\rm{60}}{{\rm{0}}^2} = {600^2} + {600^2} + 2.600.600.c{\rm{os}}\alpha \\ \Rightarrow \alpha = {120^0} \end{array}$

Bài tập 3: Ba lực có cùng độ lớn bằng 10 N trong đó ${\vec F_1}$ ${\vec F_1}$ và ${\vec F_2}$ ${\vec F_2}$hợp với nhau góc 60^o. Lực ${\vec F_3}$ ${\vec F_3}$ vuông góc mặt phẳng chứa ${\vec F_1}$ ${\vec F_1}$ và ${\vec F_2}$ ${\vec F_2}$. Hợp lực của ba lực này có độ lớn bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

- Độ lớn hợp lực của hai lực ${\vec F_1}$ ${\vec F_1}$ và ${\vec F_2}$ ${\vec F_2}$ là ${F_{1,2}}$ ${F_{1,2}}$ = 2. ${F_1}.c{\rm{os}}\frac{\alpha }{2} = 2.10.c{\rm{os}}{30^0} = 10\sqrt 3 N$ ${F_1}.c{\rm{os}}\frac{\alpha }{2} = 2.10.c{\rm{os}}{30^0} = 10\sqrt 3 N$

- Lực ${\vec F_3}$ ${\vec F_3}$ vuông góc mặt phẳng chứa ${\vec F_1}$ ${\vec F_1}$và ${\vec F_2}$ ${\vec F_2}$ nên ${\vec F_3}$ ${\vec F_3}$ vuông góc với ${\vec F_{1,2}}$ ${\vec F_{1,2}}$ suy ra độ lớn của hợp lực là: $F = \sqrt {F_3^2 + F_{1,2}^2} = \sqrt {{{\left( {10} \right)}^2} + {{\left( {10\sqrt 3 } \right)}^2}} = 20N$ $F = \sqrt {F_3^2 + F_{1,2}^2} = \sqrt {{{\left( {10} \right)}^2} + {{\left( {10\sqrt 3 } \right)}^2}} = 20N$