Lý thuyết Vật lý 10 bài 22 KNTT

a. Dụng cụ thí nghiệm (Hình 22.1)

Hình 22.1. Bộ thí nghiệm tổng hợp hai lực đồng quy

- Bảng thép (1).

- Hai lực kế ống 5 N, có đế nam châm (2).

- Thước đo góc có độ chia nhỏ nhất 1° được in trên tấm mica trong suốt (3).

- Một đế nam châm có móc để buộc dây cao su (4).

- Dây chỉ bền và một dây cao su (5).

- Giá đỡ có trục \(\phi\)10 mm, cắm lên để ba chân (6).

- Bút dùng để đánh dấu.

b. Thiết kế phương án thí nghiệm

- Xác định lực tổng hợp của hai lực đồng quy.

- Tổng hợp lực: là thay thế hai hay nhiều lực tác dụng đồng thời vào một vật bởi một lực sao cho tác dụng vẫn không thay đổi.

+ Lực thay thế gọi là hợp lực.

+ Phương pháp tìm hợp lực gọi là tổng hợp lực.

- Quy tắc hình bình hành: Hợp lực của hai lực quy đồng được biểu diễn bằng đường chéo của hình bình hành mà hai cạnh là những vecto biểu diễn hai lực thành phần.

c. Tiến hành thí nghiệm

- Xác định hai lực thành phần F₁, F₂

+ Đặt bằng thép lên giá đỡ. Gắn để nam châm có móc buộc sợi dây cao su vào móc. Buộc Sợi dây chỉ vào dây cao su. Móc hai lực kế vào đầu còn lại của sợi chỉ và gắn hai lực kế lên bảng.

+ Gắn thước đo góc lên bảng bằng nam châm (Hình 22.2a).

+ Di chuyển hai lực kế sao cho dây cao su và các đoạn dây chỉ song song với mặt phẳng và tâm 0 của thước trùng với giao điểm của sợi dây và dây cao su.

+ Đánh dấu lên bảng sắt điểm A₁ của đầu dây cao su, phương của hai lực \(\overrightarrow {{F_1}}\) và \\(\overrightarrow {{F_2}}\) do hai lực kế tác dụng vào dây.

+ Ghi các số liệu F₁, F₂ từ số chỉ của hai lực kể và góc ở giữa hai lực vào Bảng 22.1.

+ Lặp lại các bước thí nghiệm 3, 4, 5 hai lần nữa. Ghi số liệu vào Bảng 22.1.

- Xác định lực tổng hợp F_tn của hai lực F₁, F₂ bằng thí nghiệm

+ Tháo một lực kế và bố trí thí nghiệm như Hình 22.2b.

+ Di chuyển lực kế sao cho đầu dây cao su trùng điểm A₁ đã đánh dấu và ghi giá trị của lực F_tn vào Bảng 22.1.

+ Lặp lại bước 8 hai lần nữa.

- Xác định lực tổng hợp theo lí thuyết F_lt

+ Tính giá trị của Flt theo định lí hàm số cosin và ghi vào Bảng 22.1.

a)                                    b)

Hình 22.2. Thí nghiệm tổng hợp hai lực đồng quy

d. Kết quả thí nghiệm

Bảng 22.1. Tổng hợp hai lực đồng quy

Lần	F1(N)	F2(N)	Góc \(\alpha\)	Ftn (N)	Flt (N)
1
2
3

- Xử lí kết quả thí nghiệm

+ Tính giá trị trung bình và sai số:

\(\overrightarrow {{F_{tn}}} ; \overrightarrow {\Delta {F_{tn}}} ; \overrightarrow {{F_{lt}}} ; \overrightarrow {\Delta {F_{lt}}}\)

Lưu ý: Khi di chuyển lực kể luôn đảm bảo các đoạn sợi dây và dây cao su luôn nằm trên cùng mặt phẳng.

a. Dụng cụ thí nghiệm (Hình 22.3)

Hình 22.3. Bộ thí nghiệm tổng hợp hai lực song song cùng chiều

- Bảng thép (1).

- Hai lò xo xoắn chịu được lực kéo tối đa là 5 N, dài khoảng 60 mm (2).

- Thanh treo nhẹ, cứng, dài 400 mm. Trên thanh có gắn thước và ba con trượt có gắn móc treo (3).

- Các quả nặng có khối lượng bằng nhau 50 g (4).

- Hai đế nam châm để gắn lò xo (5).

- Giá đỡ có trục \(\phi\)10 mm, cắm lên để ba chân (6).

- Bút dùng để đánh dấu.

b. Thiết kế phương án thí nghiệm

- Xác định lực tổng hợp của hai lực mà giá của các lực đó song song.

c. Tiến hành thí nghiệm 

- Gắn hại đế nam châm lên bảng thép, sau đó treo thanh kim loại lên hai đế nam châm bằng hai lò xo.

- Treo các quả nặng vào hai con trượt có gắn móc treo lên thanh kim loại.

- Dùng bút dạ đánh dấu vị trí thanh và vị trí A, B lên bảng thép. Ghi lại giá trị trọng lượng F₁ và F₂ và độ dài AB vào Bảng 22.2.

- Tháo các quả nặng và móc tất cả quả nặng đã dùng vào một móc treo trên thanh kim loại.

- Điều chỉnh con trượt sao cho vị trí của thanh kim loại trùng với vị trí ban đầu đã được đánh dấu.

- Ghi các giá trị F tương ứng với trọng lượng các quả nặng vào Bảng 22.2

- Đo và ghi giá trị độ dài OA_tn từ điểm O treo các quả nặng tới A vào Bảng 22.2.

- Lặp lại các bước thí nghiệm 2, 3, 4, 5, 6, 7 thêm hai lần nữa.

- Tính giá trị OA_lt theo lí thuyết bằng công thức

\(\frac{{{F_1}}}{{{F_2}}} = \frac{{{d_2}}}{{{d_1}}} = \frac{{OB}}{{O{A_{lt}}}} = \frac{{AB - O{A_{lt}}}}{{O{A_{lt}}}}\)và điền vào Bảng 22.2.

Lưu ý:

- Nên chọn số quả nặng hai bên không như nhau.

- Vị trí A và B nên chọn trùng với các vạch chia của thước để tránh sai số khi đo.

d. Kết quả thí nghiệm

Bảng 22.2. Tổng hợp hai lực song song cùng chiều

Xử lí kết quả thí nghiệm: \(\overline {O{A_{tn}}} =...; \overline {\Delta O{A_{tn}}}  =..\)

Bài 1: Có hai lực đồng qui có độ lớn bằng 9 N và 12 N. Trong số các giá trị sau đây, giá trị nào có thể là độ lớn của hợp lực?

A. 25 N

B. 15 N

C. 2 N

D. 1 N

Hướng dẫn giải

Vì 15² = 12² + 9²

Trong công thức: F² = F₁² + F₂²

Bài 2: Cho hai lực đồng quy có độ lớn 4(N) và 5(N) hợp với nhau một góc α. Tính góc α ? Biết rằng hợp lực của hai lực trên có độ lớn bằng 7,8(N)

Hướng dẫn giải

Theo công thức của quy tắc hình bình hành:

F² = F₁² + F₂² + 2.F₁.F₂.cosα

Suy ra α = 60°15'

Bài 3: Tính hợp lực của hai lực đồng quy F₁ = 16 N; F₂ = 12 N trong các trường hợp góc hợp bởi hai lực lần lượt là \(\alpha\) = 0°; 60°; 120°; 180°. Xác định góc hợp giữa hai lực để hợp lực có độ lớn 20 N.

Hướng dẫn giải

F² = F₁² + F₂² + 2.F₁.F₂.cos\(\alpha\)

Khi α = 0°; F = 28 N

Khi α = 60°; F = 24.3 N.

Khi α = 120°; F = 14.4 N.

Khi α = 180°; F = F₁ – F₂ = 4 N.

Khi F = 20 N ⇒ α = 90°