BÀI 13 TỔNG HỢP LỰC – PHÂN TÍCH LỰC

Mở rộng: Ngày 23/03/2021, siêu tàu Ever Given bị mắc kẹt khi di chuyển qua kênh đào Suez. Sự cố đã làm tê liệt tuyến giao thông huyết mạch này theo cả hai hướng. Ngày 29/03/2021, con tàu đã được giải cứu thành công nhờ các tàu kéo hạng nặng (Hình 13.1). Tại sao các tàu kéo chuyển động lệch phương với nhau nhưng vẫn kéo được tàu Ever Given khỏi điểm mắc kẹt? 

Đáp án chuẩn: 

Vì khi hai lực cùng tác dụng đồng thời ta sẽ thu được hợp lực của hai lực này, có tác dụng giống hệt như chúng và theo một hướng xác định.

1. Moment lực – Moment ngẫu lực

Câu 1: Quan sát Hình 13.2, nêu ra những lực tác dụng lên từng vật chuyển động.

Đáp án chuẩn: 

a) Hình 1: trọng lực và lực căng dây 

b) Hình 2: lực đẩy và lực kéo 

c) Hình 3: có trọng lực và lực căng dây tác dụng lên quả nặng.

Câu 2: Em có nhận xét gì về lực tổng hợp nếu sau khi dùng quy tắc đa giác lực thì các lực thành phần tạo thành một đa giác kín.

Đáp án chuẩn: 

Lực tổng hợp là một lực thay thế các lực tác dụng đồng thời vào cùng một vật, có tác dụng giống hệt các lực ấy.

Câu 3: Hãy chọn một trường hợp trong các trường hợp ở hình 13.2 để xác định lực tổng hợp tác dụng lên vật.

Đáp án chuẩn: 

Câu 4: Quan sát Hình 13.7 và thực hiện các yêu cầu sau:

a) Xác định hướng của lực ma sát tác dụng lên khối gỗ (Hình 13.7a) và ván trượt (Hình 13.7b).

b) Trình bày phương pháp tính toán độ lớn của các lực ma sát này.

Đáp án chuẩn: 

a) 

b)

Độ lớn của các lực thành phần được xác định dựa vào các phép tính hình học.

Câu 5: Một cậu bé đang kéo thùng hàng trên mặt đất bằng sợi dây hợp với phương ngang một góc 300 (Hình 13.9). Hãy tìm độ lớn lực kéo thành phần trên hai phương vuông góc và song song với mặt đất, biết độ lớn lực kéo cậu bé tác dụng lên dây là 12 N. 

Đáp án chuẩn:

- Lực kéo thành phần theo phương vuông góc có độ lớn: 6 N

- Lực kéo thành phần theo phương song song với mặt đất: N

Câu 6: Hãy vận dụng quy tắc phân tích lực để giải thích tại sao khi đưa những kiện hàng nặng từ mặt đất lên xe tải, người ta thường dùng mặt phẳng nghiêng có gắn băng tải con lăn để đẩy hàng thay vì khiêng trực tiếp lên xe.

Đáp án chuẩn: 

- Thành phần song song với mặt phẳng nghiêng

- với mặt phẳng nghiêng, thành phần này sẽ triệt tiêu với phản lực

Lúc đó ta chỉ cần một lực có độ lớn bằng với độ lớn của lực thành phần song song với mặt phẳng nghiêng, ngược chiều với lực thành phần đó là có thể đẩy vật lên trên xe tải.

2.Thí nghiệm tổng hợp lực

Câu 1: Quan sát Hình 13.10 và chỉ ra các lực tác dụng lên móc treo.

Đáp án chuẩn: 

- Lực căng dây ở 4 sợi dây xuất hiện tại điểm tiếp xúc với móc treo.

- Lực kéo của thùng hàng do trọng lượng của thùng hàng gây ra.

Câu 2: Đề xuất phương án xác định lực tổng hợp của hai lực đồng quy với dụng cụ được gợi ý trong bài. 

Đáp án chuẩn: 

Dụng cụ:

- Một số lực kế (1) có giới hạn đo 5 N, lò xo (2) có độ cứng phù hợp.

- Bảng từ.

- Thước êke ba chiều, thước đo góc (4) gắn trên bảng từ.

- Dây nối ba nhánh (5) nhẹ, không dãn.

- Nam châm (6).

Tiến hành thí nghiệm

Bước 1: Bố trí thí nghiệm như hình dưới

Câu 3: Ngoài các ví dụ được đề cập, hãy tìm hiểu và trình bày ứng dụng của sự tăng hay giảm sức cản không khí theo hình dạng vật trong đời sống. (Gợi ý: Có thể tham khảo các hiện tượng trong Hình 12.7).

Đáp án chuẩn: 

Câu 4: Đề xuất phương án xác định lực tổng hợp của hai lực song song với dụng cụ và bố trí được gợi ý trong bài.

Đáp án chuẩn: 

Dụng cụ:

- Thước nhôm nhẹ (1) có độ chia đến mm, có móc treo di chuyển được.

- Các quả cân (2) có khối lượng 50 g.

- Hai lò xo (3).

- Bảng từ, nam châm (4).

- Thước định vị (5).

Tiến hành thí nghiệm:

Bố trí thí nghiệm theo gợi ý: gắn hai đầu thước nhôm nhẹ với hai lò xo và treo lên bảng từ bằng hai nam châm.

Đo các giá trị AO và BO trên thước ghi theo bảng dưới.

Câu 5: Rút ra kết luận từ kết quả của thí nghiệm tổng hợp hai lực song song. 

Đáp án chuẩn: 

Kết luận:

- Song song, cùng chiều với các lực thành phần.

- Có độ lớn bằng tổng độ lớn các lực:  

- Có giá nằm trong mặt phẳng của hai lực thành phần

Câu 6: Một người đang gánh lúa như Hình 13.15. Hỏi vai người đặt ở vị trí nào trên đòn gánh để đòn gánh có thể nằm ngang cân bằng trong quá trình di chuyển? Biết khối lượng hai bó lúa lần lượt là m₁ = 7 kg, m₂ = 5 kg và chiều dài đòn gánh là 1,5 m. Xem như điểm treo hai bó lúa sát hai đầu đòn gánh và bỏ qua khối lượng đòn gánh. 

Đáp án chuẩn: 

Điểm đặt đòn gánh trên vai người cách bó lúa m₁ là 0,625 (m) và cách bó lúa m₂ là 0,875 (m).

Câu 7: Dựa vào quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều, đề xuất phương án xác định trọng tâm của chiếc đũa ăn cơm.

Đáp án chuẩn:

Dụng cụ:

- Các quả nặng nhỏ (có móc treo), mỗi quả 10 g.

- Một chiếc móc nhỏ.

Tiến hành:

Câu 8: Một gấu bông được phơi trên dây treo nhẹ như Hình 13P.1.

a) Xác định các lực tác dụng lên gấu bông.

b) Vẽ hình để xác định lực tổng hợp của các lực do dây treo tác dụng lên gấu bông.

c) Em có thể dựa vào lập luận mà không cần vẽ hình để xác định lực tổng hợp của các dây treo được không? Giải thích.

Đáp án chuẩn: 

a) Trọng lực, Lực căng dây .

b) 

c) Do gấu bông đang ở trạng thái cân bằng lên tổng hợp lực bằng 0.

Khi đó  cân bằng với trọng lực .

Trọng lực có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống, nên lực tổng hợp của hai lực căng dây có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên và độ lớn bằng độ lớn của trọng lực.

Câu 9: Một chiếc thùng gỗ khối lượng m đang trượt xuống từ một con dốc nghiêng 20o so với phương ngang như Hình 13P.2. Em hãy phân tích thành phần vectơ trọng lực tác dụng lên thùng gỗ theo các phương Ox và Oy.

Đáp án chuẩn:

Câu 10: Hai bạn học sinh đang khiêng một thùng hàng khối lượng 30 kg bằng một đòn tre dài 2 m như Hình 13P.3. Hỏi phải treo thùng hàng ở điểm nào để lực đè lên vai người đi sau lớn hơn lực đè lên vai người đi trước 100 N. Bỏ qua khối lượng của đòn tre.

Đáp án chuẩn:

Điểm treo O phải cách vai người thứ nhất là 23m