SGK Vật Lí 10 - Bài 9. Tổng hợp và phân tích lực. Điều kiện cân bằng của chất điểm
tổng họp và phân tích lực K/ Điêu kiên cân bằng của
CHĂT ĐIỂM
HI Vật nào tác dụng vào dây cung làm cung biến dạng ? Vật nào tác dụng vào mũi tên làm mũi tên bay đi (Hình 9.1) ?
HÌnh 9.2. Đường thẳng AB mang vectơ lực F gọi là giá của lực F.
Hình 9.3
Vẽ các lực cân bằng .tác dụng lên quả cầu (Hình 9.3). Các lực này do những vật nào gây ra ?
ì - Lực. CÂN BANG LỰC
Ở Trung học cơ sở ta đã học lực và cân bằng lực. Với khái niệm gia tốc ở chương trên, ta có thể đưa ra định nghĩa về lực và các lực cân bằng như sau :
Lực là 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 biến dạng. HI
Các lực càn bằng là các lực khi tác dụng đồng thời vào một vật thỉ không gây ra gia tốc cho vật.
Đường thẳng mang vectơ lực gọi là giá của lực (Hình 9.2). Hai lực cân bằng là hai lực cùng tác dụng lên một vật, cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều. G3
Đơn vị của lực là niutơn (N).
/
- TỔNG HỌP Lực
Trong toán học, muốn tìm vectơ c là tổng của hai vectơ A và B (C = A + 5) ta phải áp dụng quy tắc hình bình hành. Đó là tính chất căn bản của các đại lượng vectơ. Vậy khi ta nói lực là một đại lượng vectơ thì nó có tính chất này không (Hình 9.4) ?
Thí nghiệm
Ta bố trí một thí nghiệm như ở Hình 9.5 trên một tấm bảng đặt thẳng đứng. Vòng nhẫn o (coi như chất điểm) đứng yên dưới tác dụng của ba lực F\, F2 và F3 (có độ lớn bằng trọng lượng của ba nhóm quả cân).
Vẽ trên bảng ba vectơ biểu diễn ba lực đó (chọn tỉ xích là 1 đơn vị độ dài ứng với trọng lượng của một quả cân). VectơớÂbiểu diễn lực/7!, vectơ OB biểu diễn lực F2 và vectơ oc biểu diễn lực F3. Vì hai lực ĩỵ và F2 cân bằng với lực /3 nên muốn cho vòng nhẫn vẫn đứng yên thì lực thay thế chúng phải là một vectơ F (được biểu diễn bằng vectơ ƠD) có độ lớn F - F3 và ngược hướng với vectơ F3. Ta nhận thấy tứ giác OADB là một hình bình
hành (ở.đây là hình chữ nhật) với OA và OB là hai cạnh, còn OD là đường chéo (Hình 9.6).
S3 Từ thí nghiệm trên ta rút ra được kết luận gì về tính chất của lực ?
Thay đổi độ lớn và hướng của các lực Z7! và F2, thì khi vòng nhẫn đứng yên ta vẫn có nhận xét như thế. B0
Hình 9.7. Tổng hợp hai lực đồng quy.
H3 Trong trường hợp có nhiều lực đồng quy thì vận dụng quy tắc này như thế nào ?
Định nghĩa
Tổng hợp lực là thay thè 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 làm thành hai cạnh của một hình bình hành, thì đường chéò kẻ từ điểm đồng quy biểu diễn họp lực của chúng (Hình 9.7).
Về mặt toán học, ta viết: F = F[ + F2.
H3
- ĐIÉU KIỆN CÂN BẰNG CỦA CHẤT ĐIỂM
Với khái niệm hợp lực, ta có thể phát biểu điều kiện cân bằng của chất điểm như sau :
Muốn cho một chất điểm đứng cán bằng thì hợp lực của các lực tác dụng lên nó phải bằng không. F = Fi + F^- ... = õ
- PHÀN TÍCH LỰC
Ta có thể giải thích sự cân. bằng của vòng nhẫn o theo một cách khác. Lực F2 trong thí nghiệm ở Hình 9.5 có hai tác dụng. Một mặt nó kéo dây 1 theo hướng MO, mặt khác nó kéo dậy 2 theo hướng NO. Do đó, ta có thể thay thế lực F3 bằng hai lực Fj' và F2' theo hai phương MO và NO. Hai lực này cân bằng với hai lực Fj và F2 (Hình 9.8).
Định nghĩa
Phân tích lực là thay thê một lực bằng hai hay nhiều lực có tác dụng giống hệt như lực đó.
Các lực thay thế này gọi là các lực thành phần.
Muốn phân tích lực F3 thành hai lực thành phần Fj' và F2' theo hai phưomg MO và NO, ta làm như sau : Từ đầu mút c của vectơ F3 ta kẻ hai đường thẳng song song với hai phương đó, chúng cắt những phương này tại các điểm E và G. Các vectơ OE và OG biểu diễn các lực thành phần F{ và F2' (Hình 9.9).
Hình 9.9
Chú Ý
Phân tích lực là phép làm ngược lại với tổng hợp lực, do đó nó cũng tuân theo quy tắc hình bình hành. Tuy nhiên, chỉ khi biết một lực có tác dụng cụ thể theo hai phương nào thì mới phân tích lực đó theo hai phương ấy.
Lục là đại luụng vecto đặc trung cho tác dụng của vật này vào vật khác mà kết quà là gây ra gia tốc cho vật hoặc làm cho vật biên dạng.
Đuòng thẳng mang vecto lục gọi là giá cùa lục.
Đon vị.cùa lục là niuton (N).
Tổng họp lục là thay thế các lục tác dụng đồng thòi vào cùng một vật bằng một lục có tác dụng giống hệt như các lục ấy. Lục thay thế này gọi là họp lục.
Quy tắc hình bình hành: Nếu hai lục đồng quy làm thành hai cạnh của một hình bình hành, thì đường chéo kẻ từ điểm đổng quy biểu diễn họp lục cùa chúng.
Điếu kiện cân bằng cùa một chất điểm là họp lục cùa các lục tác dụng lên nó phái bằng không:
F = + F2 + ... = 0.
Phân tích lục là thay thế một lục bằng hai hay nhiều lục có tác dụng giống hệt như lục đó. .
Phân tích một lục thành hai lục thành phẩn đống quy phải tuân theo quy tắc hình bình hành.
Chi khi biết một lục có tác dụng cụ thể theo hai phuưng nào thì mói phân tích lục theo hai phuong ấy.
L s: : .
CÂU HÒI VÀ BÀI TẬP
Kg
Phát biểu định nghĩa của lực và điều kiện cân bằng của một chất điểm.
Tổng hợp lực là gì ? Phát biểu quy tắc hình bình hành.
Hợp lực F của hai lực đồng quy F, và F2 có độ lớn phụ thuộc vào những yếu tố nào ?
Phân tích lực là gì ? Nêu cách phận tích một lực thành hai lực thành phần đồng quy theo hai phương cho trước.
Cho hai lực đồng quy có độ lớn bằng 9 N và 12 N.
Trong số các giá trị sau đây, giá trị nào là độ lớn của hợp lực ?
A. 1 N ; B. 2 N ;
c. 15 N; D.25N.
Góc giữa hai lực đồng quy bằng bao nhiêu ?
Cho hai lực đồng quy có cùng độ lớn 10 N.
Góc giữa hai lực bằng bao nhiêu thì hợp lực cũng có độ lớn bằng 10 N ?
A.90°; ■ B.120°;
c. 60°; D. 0°.
Vẽ hình minh hoạ.
7. Phân tích lực F thành hai lực FẠ và F2 theo
8. Một vật có trọng lượng p = 20 N được treo vào một vòng nhẫn 0 (coí là chất điểm).
9. Em hãy đứng vào giữa hai chiếc bàn đặt gần nhau, mỗi tay đặt lên một bàn rồi dùng,sức chống tay để nâng người lên khỏi mặt đất. Em làm lại như thế vài lần, mỗi lần đẩy hai bàn ra' xa nhau một chút. Hãy báo cáo kinh nghiệm mà em thu được.