Vật Lý 10 KNTT Bài 13: Tổng hợp và phân tích lực. Cân bằng lực

- 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 này gọi là hợp lực.

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

\(\overrightarrow {{F}} \) = \(\overrightarrow {{F_1}} \) + \(\overrightarrow {{F_2}} \) + \(\overrightarrow {{F_3}} \) + ... (13.1) 

a. Tổng hợp hai lực cùng phương

- Vật chịu tác dụng của hai lực cùng phương, cùng chiều nên lực tổng hợp cũng cùng phương, cùng chiều với hai lực thành phần và có độ lớn bằng tổng của hai lực thành phần cộng lại: \(F = {F_1} + {F_2}\)

- Vật chịu tác dụng của hai lực cùng phương, ngược chiều nên lực tổng hợp sẽ có chiều giống với lực thành phần có độ lớn lớn hơn. Độ lớn: \(F = \left| {{F_1} - {F_2}} \right|\)

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

- Từ các thí nghiệm và thực tế, người ta thấy rằng phép tổng hợp hai lực đồng quy tuân theo quy tắc hình bình hành sau đây (Hình 13.3):

+ Bước 1: Vẽ hai vectơ \(\overrightarrow {{F_1}} \) và \(\overrightarrow {{F_2}} \) đồng quy tại 0.

+ Bước 2: Vẽ một hình bình hành có hai cạnh liền kề trùng với hai vectơ \(\overrightarrow {{F_1}} \) và \(\overrightarrow {{F_2}} \).

Hình 13.3. Tổng hợp lực theo quy tắc hình bình hành

+ Bước 3: Vẽ đường chéo hình bình hành có cùng gốc 0. Vectơ hợp lực \(\overrightarrow {{F_1}} \) trùng với đường chéo này.

a. Các lực cân bằng

- Xét trường hợp vật đứng bên dưới tác dụng của nhiều lực. Khi đó tổng hợp các lực 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.

\(\overrightarrow {{F}} \) = \(\overrightarrow {{F_1}} \) + \(\overrightarrow {{F_2}} \) + \(\overrightarrow {{F_3}} \) + ... = 0   (13.2)

Hình 13.4. Hai lực \(\overrightarrow {{F_1}} \) và \(\overrightarrow {{F_2}} \) cân bằng nhau

b. Các lực không cân bằng

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

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

a. Quy tắc

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

- Phân tích lực là phép làm ngược lại với tổng hợp lực nhưng chỉ được áp dụng vào trường hợp riêng nêu ở trên. Hình 13.8 cho biết cách phân tích một lực \(\overrightarrow {{F}} \) theo hai trục.

Hình 13.8

b. Chú ý

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

c. Ví dụ

- Xét một vật đang trượt trên một mặt phẳng nghiêng nhẵn (Hình 13.9). Trọng lực \(\overrightarrow {{P}} \) có tác dụng: một mặt nó ép vật vào mặt phẳng nghiêng, mặt khác nó kéo vật trượt theo mặt phẳng nghiêng xuống dưới.

- Vì thế ta phân tích trong lực \(\overrightarrow {{P}} \) theo hai phương vuông góc như Hình 13.9.

Hình 13.9

Bài 1: Hai tàu kéo giống nhau dùng dây cáp để kéo một tàu chở hàng bị chết máy vào cảng bằng hai lực \(\overrightarrow {{F_1}} \) và \(\overrightarrow {{F_2}} \) như hình dưới đây.

- Tàu chở hàng sẽ chuyển động theo hướng nào?

- Làm thế nào để tính được độ lớn của lực kéo tác dụng lên tàu chở hàng?

Hướng dẫn giải

- Tàu chở hàng sẽ chuyển động theo hướng của lực tổng hợp (mũi tên màu hồng) được xác định theo hai lực thành phần \(\overrightarrow {{F_1}} \) và \(\overrightarrow {{F_2}} \)

- Để tính được độ lớn của lực kéo tác dụng lên tàu chở hàng ta phải xác định được độ lớn của các lực thành phần \(\overrightarrow {{F_1}} \) và \(\overrightarrow {{F_2}}\) đồng thời phải xác định được góc hợp bởi hai lực \(\overrightarrow {{F_1}} \) và \(\overrightarrow {{F_2}}\)

Bài 2: Hãy nêu quy tắc tổng hợp hai lực cùng phương.

Hướng dẫn giải

Quy tắc tổng hợp hai lực cùng phương:

Lực tổng hợp của hai lực \(\overrightarrow {{F_1}} ,\overrightarrow {{F_2}} \) cùng phương là một lực \(\overrightarrow F \)

- Phương: cùng phương với hai lực thành phần

- Chiều:

+ \(\overrightarrow {{F_1}}  \uparrow  \uparrow \overrightarrow {{F_2}}  \Rightarrow \overrightarrow F  \uparrow  \uparrow \overrightarrow {{F_1}} ,\overrightarrow {{F_2}} \)

+ \(\overrightarrow {{F_1}}  \uparrow  \downarrow \overrightarrow {{F_2}} \): thì \(\overrightarrow F \) sẽ cùng chiều với lực có độ lớn lớn hơn

- Độ lớn:

+ \(\overrightarrow {{F_1}}  \uparrow  \uparrow \overrightarrow {{F_2}}  \Rightarrow F = {F_1} + {F_2}\)

+ \(\overrightarrow {{F_1}}  \uparrow  \uparrow \overrightarrow {{F_2}}  \Rightarrow F = \left| {{F_1} - {F_2}} \right|\)

Sau bài học này, học sinh có thể:

- Tổng hợp lực: song song và đồng quy

- Phân tích lực thành các lực thành phần vuông góc

- Vận dụng được kiến thức về chuyển động ném xiên để giải thích một số tình huống đơn giản trong cuộc sống. 

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật Lý 10 KNTT Bài 13 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Hai lực có giá đồng quy có độ lớn 7 N và 13 N. Độ lớn hợp lực của hai lực này không thể có giá trị nào sau đây?

  • A. 7 N.
  • B. 13 N.
  • C. 20 N.
  • D. 22 N.

• Câu 2:

  Một chất điểm chuyển động dưới tác dụng của hai lực có giá đồng quy F₁ và F₂ thì vectơ gia tốc của chất điểm

  • A. cùng phương, cùng chiều vs lực F₂.
  • B. cùng phương, cùng chiều với lực F₁.
  • C. cùng phương, cùng chiều với phương và chiều của hợp lực giữa F₁ và F₂.
  • D. cùng phương, ngược chiều với phương và chiều của hợp lực giữa F₁ và F₂.

• Câu 3:

  Hai lực đồng quy hợp với nhau một góc α, hợp lực của hai lực này có độ lớn là

  • A. \(F = F_1^2 + F_2^2\)
  • B. \(F = {F_1} - {F_2}\)
  • C. \(F = \sqrt {F_1^{} + F_2^{}} \)
  • D. \(F = \sqrt {F_1^2 + F_2^2 + 2.{F_1}.{F_2}.\cos \alpha } \)

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật Lý 10 KNTT Bài 13 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Giải câu hỏi 1 trang 56 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 1 trang 57 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 2 trang 57 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 3 trang 57 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 4 trang 57 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 1 trang 58 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 2 trang 58 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 3 trang 58 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 1 trang 59 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 13.1 trang 25 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 13.2 trang 25 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 13.3 trang 25 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 13.4 trang 25 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 13.5 trang 25 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 13.6 trang 26 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 13.7 trang 26 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 13.8 trang 26 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 13.9 trang 26 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 13.10 trang 26 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 13.11 trang 26 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 13.12 trang 27 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!