Lý thuyết Tổng hợp và phân tích lực. Cân bằng lực (Kết nối tri thức 2024) Vật lí 10

Lý thuyết Vật Lí lớp 10 Bài 13: Tổng hợp và phân tích lực. Cân bằng lực - Kết nối tri thức

A. Lý thuyết Tổng hợp và phân tích lực. Cân bằng lực

I. Tổng hợp lực – Hợp lực tác dụng

- Tổng hợp lực là phép thay thế các lực tác dụng đồng thời vào cùng một vật bằng một lực có tác dụng giống hệt như các lực ấy.

- Lực thay thế gọi là hợp lực.

- Về mặt toán học, ta có thể tìm hợp lực bằng phép cộng vectơ

$\overrightarrow{\text{ F}}\text{ =}\overrightarrow{{\text{ F}}_{\text{1}}}\text{ +}\overrightarrow{{\text{ F}}_{\text{2}}}\text{ +}\overrightarrow{{\text{ F}}_{\text{3}}}\text{ +}...$

1. Tổng hợp hai lực cùng phương

- Nếu 2 lực tác dụng lên cùng một vật có cùng phương, cùng chiều thì hợp lực là một vectơ có

+Phương, chiều: Cùng chiều với các lực thành phần

+Độ lớn: bằng tổng độ lớn của hai lực thành phần

+ Điểm đặt: Đặt tại vật

- Nếu 2 lực tác dụng lên cùng một vật có cùng phương, ngược chiều thì hợp lực là một vectơ có

+ Phương, chiều: Cùng chiều với lực có độ lớn lớn hơn

+ Độ lớn: là giá trị tuyệt đối hiệu của hai lực

+ Điểm đặt: Đặt tại vật

2. Tổng hợp hai lực đồng quy – Quy tắc hình bình hành

- Tổng hợp lực của hai lực đồng quy tuân theo quy tắc hình bình hành.

+ Bước 1: Dời hai vectơ $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_1}$ và  $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_2}$ trượt trên giá của chúng đến khi gốc của hai vectơ đồng quy tại O.

+ Bước 2: Vẽ một hình bình hành có hai cạnh liền kề trùng với hai vectơ $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_1}$ và $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_2}$.

+ Bước 3: Vẽ đường chéo hình bình hành có cùng gốc O. Vectơ hợp lực $\overrightarrow{\mathrm{F}}$ trùng với đường chéo này

II. Các lực cân bằng và không cân bằng

1. Các lực cân bằng

- Xét trường hợp một vật đứng yên dưới tác dụng của nhiều lực, khi đó tổng hợp tác dụng lên vật bằng 0. Ta nói các lực tác dụng lên vật là các lực cân bằng và vật ở trạng thái cân bằng

$\overrightarrow{\text{ F}}\text{ =}\overrightarrow{{\text{ F}}_{\text{1}}}\text{ +}\overrightarrow{{\text{ F}}_{\text{2}}}\text{ +}\overrightarrow{{\text{ F}}_{\text{3}}}\text{ +}...\text{= }\overrightarrow{0}$

Ví dụ

Quan sát một quyển sách đang nằm yên trên bàn, quyển sách đang chịu tác dụng của hai lực cân bằng vì tổng hợp hai lực tác dụng lên sách bằng không, quyển sách nằm yên.

2. Các lực không cân bằng

Khi hợp lực của các lực khác 0 thì các lực này không cân bằng. Hợp lực hay các lực không cân bằng này tác dụng vào một vật có thể làm thay đổi vận tốc của vật.

Chiếc xe chịu tác dụng của các lực không cân bằng

III. Phân tích lực

- Phân tích lực là phép thay thế một lực thành hai lực thành phần có tác dụng giống hệt như lực ấy.

- Thường thì người ta phân tích lực thành hai lực vuông góc với nhau để lực thành phần này không có tác dụng theo phương của lực thành phần kia.

- Chỉ khi xác định một lực có tác dụng theo hai phương vuông góc nào thì mới phân tích lực theo hai phương vuông góc đó.

Ví dụ: Xét một vật đang trượt trên mặt phẳng nghiêng, nhẵn. Trọng lực $\overrightarrow{\mathrm{P}}$ có tác dụng: một mặt nó ép vật vào mặt phẳng nghiêng, mặt khác nó kéo vật theo mặt phẳng xuống dưới. Vì thế ta phân tích trọng lực $\overrightarrow{\mathrm{P}}$ theo hai phương vuông góc.

B. Trắc nghiệm Tổng hợp và phân tích lực. Cân bằng lực

Câu 1: Một vật đứng yên dưới tác dụng của 3 lực 12N, 20N, 16N. Nếu bỏ lực 20N thì hợp lực của 2 lực còn lại có độ lớn bằng bao nhiêu ?

A. 4 N.

B. 20 N.

C. 28 N.

D. Chưa có cơ sở kết luận.

Câu 2: Có hai lực đồng quy $\overrightarrow{F_1}$ và $\overrightarrow{F_2}$ . Gọi $\alpha$ là góc hợp bởi $\overrightarrow{F_1}$ và $\overrightarrow{F_2}$ và $\overrightarrow{F}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2}$ . Nếu $F=F_1-F_2$ thì :

A. $\alpha =0^0$ .

B. $\alpha =\text{9}{0}^0$ .

C. $\alpha ={180}^0$ .

D. $0<a<{90}^0$ .

Câu 3: Phân tích lực là phép

A. tổng hợp hai lực song song, cùng chiều.

B. phân tích một lực thành hai lực song song, ngược chiều.

C. thay thế một lực thành hai lực thành phần có tác dụng giống hệt lực ấy.

D. phân tích một lực thành nhiều lực bất kì.

Câu 4: Phân tích lực $\overrightarrow{F}$ thành hai lực ${\overrightarrow{F}}_1$ và ${\overrightarrow{F}}_2$ hai lực này vuông góc nhau. Biết độ lớn của lực F = 100N ; F1 = 60N thì độ lớn của lực F2 là:

A. ${\text{F}}_{\text{2}}=40$ N.

B. $\sqrt{13600}$N.

C. ${\text{F}}_{\text{2}}=80$ N.

D. ${\text{F}}_{\text{2}}=\text{6}40$ N.

Câu 5: Cho hai lực đồng quy có độ lớn F1 = F2 = 30 N. Góc tạo bởi hai lực là 120o. Độ lớn của hợp lực :

A. 60 N

B. $30\sqrt{2}$ N.

C. 30 N.

D.$15\sqrt{3}$ N .