Bài 9 : Tổng hợp và phân tích lực. Điều kiện cân bằng của chất điểm

Bài 1 (trang 58 SGK Vật Lý 10) :

 Phát biểu định nghĩa của lực và điều kiện cân bằng của một chất điểm.

Lời giải:

– Định nghĩa lực: Lực là đại lượng vector có độ lớn và hướng. Trong hệ đo lường SI lực có đơn vị là Newton (N) và ký hiệu là F.

– Điều kiện cân bằng của một chất điểm : hợp lực của tất cả các lực đồng thời tác dụng lên vật phải bằng không:

Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10

Bài 2 (trang 58 SGK Vật Lý 10): 

Tổng hợp lực là gì? Phát biểu quy tắc hình bình hành.

Lời giải:

– Tổng hợp lực: là thay thế nhiều lực tác dụng đồng thời vào một vật bằng một lực có tác dụng giống như các lực ấy. Lực thay thế gọi là lực tổng hợp (hay hợp lực).

– Quy tắc hình bình hành: Nếu hai lực đồng quy làm thành hai cạnh của một hình bình hành, thì đường chéo kẻ từ điểm đồng quy biểu diễn hợp lực của chúng.

F = F1 + F2

Bài 3 (trang 58 SGK Vật Lý 10) : 

Hợp lực F của hai lực đồng qui F1 và F2 có độ lớn phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Lời giải:

Ta có:

Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10

Độ lớn của hợp lực phụ thuộc vào :

+ độ lớn, phương và chiều của hai lực F1 và F2

+ góc giữa hai lực F1 và F2.

Bài 4 (trang 58 SGK Vật Lý 10) : 

Phân tích lực là gì? Nêu cách phân tích một lực thành hai lực thành phần đồng qui theo hai phương cho trước.

Lời giải:

Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10

Phân tích lực là thay thế một lực bằng hai hay nhiều lực có tác dụng giống hệt như lực đó.

Cách phân tích lực:

+ Chọn hai phương Ox và Oy đi qua O là điểm đặt của lực F ⃗ cần phân tích. Hai phương này có biểu hiện tác dụng lực F ⃗ gây ra.

+ Từ điểm mút của vecto F, kẻ các đoạn thẳng (bằng nét đứt) song song với Ox và Oy cắt hai phương này, ví dụ tại M và N ta được các vecto (OM) ⃗ và (ON) ⃗ biểu diển hai lực thành phần vecto F1 và vecto F2.

Bài 5 (trang 58 SGK Vật Lý 10) : 

Cho hai lực đồng quy có độ lớn bằng 9 N và 12 N.

a. 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. 25 N

b. Góc giữa hai lực đồng quy bằng bao nhiêu ?

Lời giải:

Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10

a) Chọn C.

Áp dụng quy tắc hình bình hành:

Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10

Ta được:

Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10

Vì 0o ≤ α ≤ 180o nên -1 ≤ α ≤ 1 → |F1 – F2| ≤ F ≤ |F1 + F2|

Thay số ta được: |9 – 15| ≤ F ≤ |9 + 15| ⇔ 3 ≤ F ≤ 21 → F = 15 N là thỏa mãn.

b) Ta có: 152 = 92 + 122 nên cosα = 0 → α = 90o → góc giữa hai lực đồng quy bằng 90o.

Bài 6 (trang 58 SGK Vật Lý 10) : 

Cho hai lực đồng quy có cùng độ lớn 10 N.

a. Góc giữa hai lực bằng bao nhiêu thì hợp lực cũng có độ lớn bằng 10 N?

A. 90o ;         B. 120o ;

C. 60o ;         D. 0o

b. Vẽ hình minh họa

Lời giải:

a. Chọn B

Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10

b. Vẽ hình minh họa

Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10

Bài 7 (trang 58 SGK Vật Lý 10) : 

Phân tích vecto lực F thành lực vecto lực F1 và vecto lực F2 theo hai phương OA và OB (hình 9.10). Giá trị nào sau đây là độ lớn của hai lực thành phần?

Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10

A. F1 = F2 = F

B. F1 = F2 = F/2

C. F1 = F2 = 1,15F

D. F1 = F2 = 0,58F

Lời giải:

Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10

Áp dụng quy tắc hình bình hành: Từ điểm ngọn của vecto F lần lượt vẽ các đoạn song song với hai phương OA và OB ta được các vecto F1 trên OA và F2 trên OB sao cho

Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10

Hình bình hành có đường chéo cũng là đường phân giác của 1 góc nên nó là hình thoi.

Suy ra: F1 = F2

Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10

Bài 8 (trang 58 SGK Vật Lý 10) :

 Một vật có trọng lượng P = 20 N được treo vào một vòng nhẫn O (coi là chất điểm). Vòng nhẫn được giữ yên bằng hai dây OA và OB (hình 9.11). Biết dây OA nằm ngang và hợp vơi dây OB một góc 1200 . Tìm lực căng của hai dây OA và OB.

Lời giải:

Hình vẽ và hình biểu diễn lực:

Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10

Khi vật cân bằng ta có phương trình lực tác dụng và vật là:

Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10

Bài 9 (trang 58 SGK Vật Lý 10) :

 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 hãy làm lại như thế vài lần, mỗi lần đẩy hai bàn tay ra xa nhau một chút. Hãy báo cáo kinh nghiệm mà em thu được.

Lời giải:

Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10

Hai bàn càng ra xa, để nâng được người lên khỏi mặt đất, lực chống ở hai bàn tay càng phải lớn hơn.

Vì: Với lực chống hai tay không đổi F1 = F2, góc α hợp bởi hai vecto lực F1, F2 sẽ tăng lên nếu như đẩy hai bàn tay ra xa nhau

→ cosα sẽ giảm.

Mà hợp vecto lực F có độ lớn:

Giải bài tập Vật Lý 10 | Để học tốt Vật Lý 10

nên sẽ giảm theo, do đó càng tăng góc thì hợp lực nhỏ đi, không đủ lớn để nâng người lên được.