Giải bài tập sách bài tập (SBT) vật lí lớp 10 Cánh diều chủ đề 2 bài: V. Tổng hợp và phân tích lực
Hướng dẫn chủ đề 2 phần V Tổng hợp và phân tích lực
Trong phần này, chúng ta sẽ tìm hiểu về cách tổng hợp và phân tích lực trong vật lý. Khi tổng hợp hai vectơ lực F$_{1}$ và F$_{2}$ lại, chúng ta sẽ thu được hợp lực F với độ lớn được tính bằng công thức sau:
$F^{2}=F_{1}^{2}+F_{2}^{2}+2F_{1}F_{2}cos\alpha$
Đồng thời, hướng của hợp lực so với hướng của F$_{1}$ được xác định thông qua công thức sau:
$cos\theta =\frac{F^{2}+F_{1}^{2}-F_{2}^{2}}{2F_{1}F_{2}}$
Khi phân tích lực F, chúng ta có thể phân chia nó thành hai thành phần vuông góc với nhau:
$F_{x}=Fcos\theta$ và $F_{y}=Fsin\theta$
Qua việc phân tích lực này, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về cách lực tác động và làm thế nào chúng được tổng hợp và phân tích trong vật lý.
Bài tập và hướng dẫn giải
2.46 Hai lực có độ lớn lần lượt là 6N và 8N. Độ lớn hợp lực của hai lực này có thể
A. nhỏ hơn 6 N.
B. lớn hơn 8 N.
C. nhận giá trị bất kì.
D. nhận giá trị trong khoảng từ 2 N đến 14 N.
2.47 Một vật đứng yên dưới tác dụng của ba lực có độ lớn lần lượt là 12 N, 16 N và 20 N. Nếu ngừng tác dụng lực 20 N lên vật thì hợp lực tác dụng lên vật có độ lớn là
A. 12 N.
B. 16 N.
C. 20 N.
D. không xác định được vì thiếu thông tin.
2.48 Một vật có khối lượng 70 kg nằm yên trên mặt phẳng nghiêng một góc $\theta =30^{o}$ so với phương ngang. Trọng lực của vật có thể phân tích thành hai thành phần như hình 2.10: P$_{x}$ có xu hướng kéo vật trượt xuống dọc theo mặt phẳng nghiêng, P$_{y}$ cân bằng với phản lực N của mặt phẳng nghiêng lên vật.
Trọng lực tác dụng lên vật là 700 N thì thành phần P$_{x}$ kéo vật trượt xuống có độ lớn là:
A. 350 N.
B. 606 N.
C. 700 N.
D. không xác định được vì thiếu thông tin.
2.49 Một người nhảy dù có tổng trọng lượng của người và các thiết bị là 1 000 N. Khi người đó mở dù ra, dù sẽ kéo lên người đó một lực 2 000 N.
a) Vẽ giản đồ vectơ thể hiện các lực tác dụng lên người đó lúc mở dù.
b) Xác định hợp lực tác dụng lên người đó lúc mở dù.
c) Hợp lực có tác dụng gì đối với người đó?
2.50 Hình 2.11a biểu diễn một vật chịu hai lực tác dụng lên nó. Hai lực này vuông góc với nhau.
Hình 2.11b biểu diễn giản đồ vectơ để xác định hợp lực của hai lực đó.
a) Tính độ lớn của hợp lực.
b) Sử dụng công thức lượng giác để tính góc của hợp lực so với phương ngang.
2.51 Một viên đá đang rơi chịu tác dụng của hai lực: trọng lực có độ lớn 15 N và lực đẩy do gió tác dụng theo phương ngang, có độ lớn 3 N.
a) Biểu diễn các lực tác dụng lên viên đá.
b) Dùng giản đồ vectơ xác định hợp lực của hai lực lên viên đá.
c) Xác định độ lớn hợp lực tác dụng lên viên đá và tính góc của hợp lực so với phương ngang.
2.52 Khi vận hành, nếu lực đẩy của động cơ là 50 kN thì con tàu có trọng lượng 1 000 kN đi với vận tốc không đổi.
a) Con tàu có đang ở trạng thái cân bằng không? Vì sao?
b) Lực đẩy Archimedes của nước lên tàu là bao nhiêu?
c) Lực cản của nước đối với tàu là bao nhiêu?
2.53 Một thiết bị cảm biến có trọng lượng 2,5 N được thả xuống dòng nước chảy xiết. Nó không rơi theo phương thẳng đứng, vì dòng nước chảy tác dụng lên thiết bị một lực đẩy 1,5 N sang ngang (Hình 2.12). Lực đẩy Archimedes của nước lên thiết bị 0,5 N.
a) Tính độ lớn hợp lực tác dụng lên thiết bị.
b) Thiết bị đó có ở trạng thái cân bằng không?
2.54 Cho lực 100 N như hình 2.13.
a) Dùng hình vẽ xác định thành phần nằm ngang và thành phần thẳng đứng của lực này.
b) Tính độ lớn của mỗi thành phần của lực.
c) Kiểm tra kết quả câu b bằng cách sử dụng định lí Pythagoras để chứng tỏ rằng hợp lực của hai thành phần bằng lực ban đầu (100 N).
2.55 Một lực 250 N tác dụng lên vật theo phương nghiêng một góc 45$^{o}$ so với phương thẳng đứng.
a) Xác định thành phần theo phương ngang và theo phương thẳng đứng của lực này.
b) Giải thích tại sao hai thành phần này có độ lớn bằng nhau.
2.56 Hình 2.14 biểu diễn các lực tác dụng lên một vận động viên trượt tuyết khi đang tăng tốc xuống dốc.
a) Gọi tên các lực tác dụng lên vận động viên và có độ lớn được cho trên hình 2.14.
b) Tính thành phần theo phương mặt dốc của trọng lực tác dụng lên vận động viên.
c) Tính hợp lực theo phương mặt dốc tác dụng lên vận động viên và giải thích tại sao người đó đang xuống dốc nhanh dần.
d) Giải thích tại sao phản lực của mặt đất lên vận động viên không giúp tăng tốc của chuyển động.
e) Chứng tỏ rằng thành phần theo phương vuông góc với mặt dốc của trọng lực bằng phản lực của mặt đất lên vận động viên.
2.57 Một học sinh kiểm tra lại quy tắc tổng hợp lực đồng quy bằng cách bố trí thí nghiệm với các quả cân, ròng rọc, dây nối và một vòng nhựa mảnh, nhẹ. Lúc đầu vòng được giữ như hình 2.15.
a) Giải thích tại sao khi vừa thả ra thì vòng chuyển động thẳng đứng xuống dưới.
b) Học sinh này đổi các quả cân có trọng lượng P vào dây treo 6 N thì hệ thống cân bằng khi thả ra. Tính P.
c) Thực hiện lại thí nghiệm trên để kiểm tra.