Giải Vật Lý 10 Bài 9. Tổng hợp và phân tích lực điều kiện cân bằng của chất điểm

Chương II. ĐỘNG Lực HỌC CHẤT ĐlỂM
Bài 9. TỔNG HỢP và phân tích Lực
ĐIỂU KIỆN CÂN BẰNG CỦA CHẤT ĐlỀM
A. KIẾN TIĨỨC CẦN NẮM VỮNG
Lực. Cân bằng lực
Lực
Đại lượng vectơ đặc trưng cho tác dụng của vật này lên vật khác mà kết quả là gây ra gia tốc cho vật hoặc làm cho vật biên dạng gọi là lực.
Cân bằng lực
Các lực khi tác dụng đồng thời vào một vật thì không gây ra gia tốc cho vật gọi là lực cân bằng.
Hai lực cùng tác dụng lên một vật, cùng nằm trên một đường thẳng, có cùng độ lớn và ngược chiều gọi là hai lực cân bằng.
Đường thắng mang vectơ lực gọi là giá của lực.
Đơn vị của lực là Niutơn (N).
Tổng hợp lực
Định nghĩa tổng hợp lực
Tổng hợp lực là thay thế các lực tác dụng đồng thời vào cùng một vật bằng một lực có tác dụng giông hệt như các lực ấy. Lực thay thế này gọi là hợp lực.
Quy tắc hình bình hành
Nếu hai lực đồng quy được biếu diễn về độ lớn và hướng bằng hai cạnh của một hình bình hành vẽ từ điếm đồng quy, thì hợp lực của chúng được biếu diễn về độ lớn và hướng bằng đường chéo của hình bình hành đó. (Xem hình 11)
0 F
Hình 11
Ta có: F = Fl + F-J
Điều kiện cân bằng của chât điểm
Muốn cho một chất điểm đứng cân bằng thì hợp lực cua tất cả các lực tác dụng lên nó phải bằng không.
F = Fl + Fa + ... = õ
Phép phân tích lực
Phăn tích lực
Thay thế một lực bằng hai hay nhiều lực có tác dụng giông hệt như lực đó gọi là phân tích lực.
Các lực thay thế gọi là lực thành phần.
Nguyên tắc
B. TRẢ LỜI CÂU HỎI
Cl. Vật nào tác dụng vào cung làm cung biến dạng? Vật nào tác dụng vào mùi tên làm mũi tên bay đi? (hình 9.1 SGK).
Phân tích lực là phép làm ngược lại với tổng hợp lực, do đó nó cùng tuân theo qui tắc hình bình hành. Tuy nhiên, chi khi biết một lực có tác dụng cụ thè theo hai phương nào thì mới phân tích lực đó theo hai phương ấy.
Trả lời
Cung biên dạng là do lực kéo của tay vào dây cung.
Mũi tên bay về phía trước là do lực căng dây và lực đàn hồi của cung.
C2. Những vật nào tác dụng lực vào quá cầu trong hình (SGK). Hãy biếu diễn các lực của các vật đó.
Trả lời
Trọng lực của quá cầu và lực căng dây	/
T tác dụng vào quả cầu.
Trọng lực do lực hút của Trái Đất và
lực li tâm gây nên p = Fh,i + F,,11 và lực căng T do dây gây nên.
C3. Từ thí nghiệm ở mục II.la (hình 9.5 SGK) ta rút ra được kết luận gì về tính chất của lực?
Trả lời
Khi một vật chịu tác dụng cua nhiều lực mà vẫn đứng yên thì tông lực bằng 0.
Ta có: Filing = Fl + F2 + F3 +... = 0.
C4. Trong trường hợp có nhiều lực đồng quy thì vận dụng quy tắc này như thế nào?
Tra lùi.
Nếu có nhiều lực đồng quy tác dụng vào vật Fi,F2,F;j,... thì ta dùng quy tắc hình bình hành cho từng cặp lực một.
Ví dụ: F12 = Fl t F2; F123 - Fit + F12; tương tự như vậy ta tính được tống hợp lực của tất cá các lực Fi23...n.
c. GIẢI BÀI TẬP
Cho hai lực đồng quy có độ lớn bằng 9N và 12N.
a. Trong số các giá trị sau đây, giá trị nào là độ lớn của hợp lực?
D. 25N.
A. IN.	B. 2N.	c. 15N.
b. Góc giữa hai lực đồng quy bằng bao nhiêu?
Giải
Theo tổng hợp lực ta có: F = Fl +F2
Suy ra: Fnax = F1+F2 = 21 (N)
ẼMin = |F1-F2| = |12-9ị = 3 (N)
Vậy tổng hợp lực F có độ lớn trong khoảng 3 (N) < F < 21 (N). Vậy chọn đáp án c.
Theo quy tắc hình bình hành và áp dụng hệ thức lượng trong tam giác ta có độ lớn của F tổng hợp như sau:
F2 = F2 + F22 + 2F, F2cosa
cosa
F2 - F2 - F2
2F.F,
152 - 122 - 92
2.12.9
cosa = 0 => a = 90°
Vậy góc giữa hai lực đồng quy bằng 90°.
Cho hai lực đồng quy có cùng độ lớn 10N.
Góc giữa hai lực bằng bao nhiêu thì hợp lực cũng có độ lớn bằng 10N?
A. 90°.	B. 120°. c. 60°.	D. 0°.
Vẽ hình minh họa.
Giải
a. Theo đồng quy là:
kết quả bài tập
1, ta có công thức tính góc giữa hai lực
cosa
F2 - F2 - F2
2F.F,
102 - 102 - ĨO2
2.10.10
,0
cosa = - — => a =
2
Vậy chọn đáp án B.
b. Hình minh họa (hình bên).
3. Phân tích lực F thành hai lực F, và theo hai phương OA và OB (hình bên). Cho biết biết độ lớn của hai lực thành phần này.
B. Fj =F2=|f.
D. Fj = F2 = 0,58F .
A. Fj = F, = F.
c. Fj = F2 =1,15F.
Giải
Ta có công thức hợp lực là:
F" = F2 + F.2 + 2F)F„cosa
Khi F, =Ẹ
thì F~ = 2F2 + 2F12cosa = 2F2 (1 + cosa)
F	F
F = ■	- 	-	= ■■ 	 	
1 ự2( 1 + cosa) ự2( 1 + COS60'1)
F
Suy ra: Fị = F, = —ị= = 0,58F
p
Vậy chọn đáp án D.
Một vật có trọng lượng p = 20N được treo vào một vòng nhẫn o (coi là chất điếm). Vòng nhẫn được giữ yên bằng hai đây OA và OB (hình bên). Biết dây OA nằm ngang và hợp với dây OB một góc 120°. Tìm lực căng của hai dây OA và OB.
Giải
Khi vật cận bằng, ta có: p = P với P = tA + ĨB
Theo hình vẽ trên ta có:
D T
tg30° = 77 = -7Ạ- => T. = Ptg30°
6 K p A
Vậy lực căng của dây OA là:
Ta = Ptg30° = 20.0,58 = 11,6 (N) Theo hình vẽ trên ta lại có:
K	p	p
cos30° = £ = 2- TB = -2-0
H	TB	cos30
Vậy lực căng của dây OB là:
Tb =
20
0.87
= 23 (N).