Vật lí 10 Bài 13: Tổng hợp và phân tích lực. Cân bằng lực
Mục tiêu và kiến thức nền
Vẽ đúng các lực tác dụng lên một vật; cộng lực và nhận biết điều kiện cân bằng.
Chuẩn bị: đọc đơn vị, đổi đơn vị SI và tính toán với số, vectơ đơn giản.
Lực là tương tác có hướng
Lực có độ lớn, phương, chiều và điểm đặt. Vẽ sơ đồ lực bằng cách chọn một vật, xác định các vật đang tương tác với nó rồi vẽ từng lực. Không vẽ cả lực vật tác dụng lên môi trường vào sơ đồ của chính vật đó. Hợp lực thay thế tác dụng tổng hợp của các lực lên cùng một vật.
Tổng hợp theo vectơ
Hai lực cùng phương cùng chiều có hợp lực bằng tổng; ngược chiều thì bằng hiệu độ lớn và theo chiều lực lớn. Hai lực vuông góc cho hợp lực theo đường chéo hình chữ nhật. Hai lực bất kì có thể dùng quy tắc hình bình hành hoặc phân tích theo hai trục vuông góc.
Cân bằng không phải không có lực
Chất điểm cân bằng khi hợp lực bằng không. Vật có thể đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều. Khi phân tích lực kéo nghiêng góc α với phương ngang, thành phần ngang F cos α và thành phần đứng F sin α; đó là hai thành phần của một lực, không cộng thêm chúng như các lực độc lập ngoài F.
Công thức và điều kiện áp dụng
Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Hai lực vuông góc
F₁ = 3 N, F₂ = 4 N và vuông góc. F = √(3² + 4²) = 5 N. Hợp lực nằm giữa hai lực, theo đường chéo bắt đầu từ điểm đặt chung.
Ví dụ 2. Kéo nghiêng
Lực 10 N nghiêng 60° so với phương ngang: Fₓ = 10 cos60° = 5 N; Fᵧ = 10 sin60° ≈ 8,66 N. Chỉ khi hướng góc được nêu đúng mới dùng các giá trị này.
Lỗi thường gặp
- Không cộng độ lớn hai lực bất kì như số thông thường.
- Cân bằng không đồng nghĩa chỉ có hai lực.
- Không vẽ lực và cả hai thành phần như ba lực riêng.
Tự kiểm tra và vận dụng
Thử trả lời trước khi mở lời giải. Để nhập đáp án, làm từng ý đúng/sai và luyện cả chủ đề, chọn bộ luyện ở cuối bài.
Câu 1. Hai lực 7 N và 3 N cùng phương ngược chiều có hợp lực độ lớn
Xem đáp án và lời giải
Đáp án B. Độ lớn bằng |7 − 3| = 4 N, theo chiều lực 7 N.
Câu 2. Hai lực vuông góc 6 N và 8 N có hợp lực bao nhiêu N?
Xem đáp án và lời giải
Đáp án: 10. F = √(36 + 64) = 10 N.
Câu 3. Xét chất điểm có hợp lực bằng 0.
- Gia tốc bằng 0 trong hệ quy chiếu quán tính.
- Vật nhất thiết đứng yên.
- Vật có thể chuyển động thẳng đều.
- Các lực riêng lẻ đều phải bằng 0.
Xem đáp án và lời giải
a) Đúng theo định luật II Newton. b) Sai: có thể thẳng đều. c) Đúng. d) Sai: các lực có thể triệt tiêu nhau.
Câu 4. Hai lực cùng độ lớn 10 N hợp góc 120°. Tính hợp lực.
Xem đáp án và lời giải
F² = 100 + 100 + 200 cos120° = 100 nên F = 10 N. Hợp lực nằm trên phân giác của hai lực.
Câu 5. Lực 20 N hợp phương ngang góc 30°. Tính các thành phần ngang và đứng.
Xem đáp án và lời giải
Fₓ = 20 cos30° = 10√3 ≈ 17,32 N. Fᵧ = 20 sin30° = 10 N. Giả sử lực hướng chếch lên theo chiều dương hai trục.
Câu 6. Quyển sách nằm yên trên bàn ngang. Vẽ bằng lời sơ đồ lực và điều kiện cân bằng.
Xem đáp án và lời giải
Trọng lực P hướng xuống, lực đỡ N của bàn hướng lên, cùng tác dụng lên sách. Khi không có lực đứng khác, N = P. Không đưa lực sách ép bàn vào sơ đồ lực của sách.
Sơ đồ ghi nhớ
- Chọn một vật
- Liệt kê tương tác
- Cộng theo vectơ
- Cân bằng: hợp lực bằng 0
Học tiếp và luyện tập
Biên soạn: Gia Sư SV.