MasterSchool

Vật lý lớp 10 · KNTT · Chương 3

Lý thuyết Vật lí 10 Bài 22: Thực hành: Tổng hợp lực

Chương 3: Động lực học · Kết nối tri thức với cuộc sống

Tóm tắt lý thuyết bài thực hành Vật lí 10 Bài 22: Tổng hợp lực SGK Kết nối tri thức. Hướng dẫn chi tiết bố trí thí nghiệm kiểm chứng quy tắc hình bình hành lực đối với hai lực đồng quy và quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều.

Lớp

I. Thí nghiệm Kiểm chứng Quy tắc hình bình hành lực

1. Mục đích và Nguyên lí bố trí thí nghiệm

Kiểm chứng xem hợp lực của hai lực đồng quy F⃗1\vec{F}_1 và F⃗2\vec{F}_2 đo được trực tiếp bằng lực kế có bằng với vectơ đường chéo hình bình hành vẽ trên giấy hay không.

2. Quy trình thực hành 3 bước

1

Tác dụng hai lực thành phần: Móc hai lực kế vào hai sợi dây buộc chung vào một nút chỉ O. Kéo hai lực kế lệch nhau một góc α\alpha sao cho nút chỉ O trùng vào tâm điểm đánh dấu trên bảng. Đọc số chỉ F1,F2F_1, F_2 và ghi lại phương của hai sợi dây.

2

Xác định hợp lực thực nghiệm: Tháo hai lực kế ra, dùng một lực kế duy nhất kéo nút chỉ O đến đúng vị trí tâm mốc cũ. Số chỉ của lực kế này chính là độ lớn hợp lực FtnF_{\text{tn}} và phương của sợi dây là phương của hợp lực.

3

Vẽ và so sánh sai số: Dựng hình bình hành trên giấy theo tỉ xích quy ước từ F1,F2F_1, F_2 và góc α\alpha. Đo độ dài đường chéo FltF_{\text{lt}} và so sánh với FtnF_{\text{tn}}. Kết quả cho thấy sai số giữa lí thuyết và thực nghiệm nằm trong giới hạn cho phép (< 5%).

II. Thí nghiệm Tổng hợp hai lực song song cùng chiều

1. Nguyên lí tổng hợp hai lực song song

Hợp lực của hai lực song song cùng chiều F⃗1\vec{F}_1 và F⃗2\vec{F}_2 tác dụng lên một vật rắn là một lực F⃗\vec{F} có đặc điểm:

  • Phương: Song song với hai lực thành phần.
  • Chiều: Cùng chiều với hai lực thành phần.
  • Độ lớn: Bằng tổng độ lớn của hai lực: F=F1+F2F = F_1 + F_2
  • Điểm đặt: Nằm tại điểm O chia trong khoảng cách giữa hai giá của lực theo tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực: F1F2=d2d1  ⟺  F1⋅d1=F2⋅d2\frac{F_1}{F_2} = \frac{d_2}{d_1} \iff F_1 \cdot d_1 = F_2 \cdot d_2
Thí nghiệm tổng hợp hai lực song song cùng chiều
Thí nghiệm treo thước dầm ngang: Hợp lực F đặt tại trọng tâm cân bằng với F1 và F2

2. Ứng dụng thực tế: Gánh hàng rong

Người gánh hàng rong muốn vai đỡ đau thì điểm đặt đòn gánh trên vai phải là điểm đặt của hợp lực. Nếu thúng hàng phía sau nặng gấp đôi thúng phía trước (P1=2P2P_1 = 2 P_2), thì vai người phải đặt cách thúng nhẹ một khoảng gấp đôi khoảng cách đến thúng nặng (d2=2d1d_2 = 2 d_1).

🌟 Em đã học (Ghi nhớ kiến thức trọng tâm)

  • Mục đích: Kiểm chứng bằng thực nghiệm quy tắc hình bình hành lực đối với hai lực đồng quy và quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều.
  • Dụng cụ: Bảng thép phẳng có gắn đĩa chia độ góc 360∘360^\circ, hai lực kế lò xo (0 - 5 N), dây chỉ măng vòng cao su, thanh thước chia độ milimet có gắn chốt treo quả cân.
  • Tổng hợp hai lực đồng quy: Hợp lực F⃗\vec{F} thay thế cho hai lực thành phần F⃗1,F⃗2\vec{F}_1, \vec{F}_2 khi giữ cho vòng cao su nằm yên tại cùng một vị trí mốc O.
  • Tổng hợp hai lực song song cùng chiều: F=F1+F2F = F_1 + F_2 và thỏa mãn quy tắc chia trong: F1F2=d2d1\frac{F_1}{F_2} = \frac{d_2}{d_1} (giá của hợp lực nằm trong khoảng cách giữa hai lực thành phần).

Câu hỏi ôn tập & củng cố bài học

Câu 1: Trong thí nghiệm tổng hợp hai lực đồng quy, căn cứ vào đâu để khẳng định lực F⃗\vec{F} của lực kế thứ 3 chính là hợp lực của hai lực F⃗1\vec{F}_1 và F⃗2\vec{F}_2?
Căn cứ vào việc một lực F⃗\vec{F} duy nhất làm cho nút chỉ O bị kéo căng và nằm yên cân bằng tại đúng vị trí mốc như khi có cả hai lực F⃗1\vec{F}_1 và F⃗2\vec{F}_2 cùng tác dụng. Tác dụng cơ học của lực đơn lẻ hoàn toàn tương đương với tác dụng đồng thời của hai lực.
Câu 2: Một người gánh một thùng gạo nặng 300 N và một thùng ngô nặng 200 N bằng một đòn gánh dài 1 m. Để đòn gánh thăng bằng nằm ngang thì vai người đó phải đặt cách thùng gạo bao xa và chịu một lực đè bằng bao nhiêu?
Tổng lực đè lên vai người là: F=F1+F2=300+200=500 NF = F_1 + F_2 = 300 + 200 = 500 \, N. Áp dụng quy tắc chia trong: F1F2=d2d1⇒300200=1−d1d1⇒1,5d1=1−d1⇒2,5d1=1⇒d1=0,4 m=40 cm\frac{F_1}{F_2} = \frac{d_2}{d_1} \Rightarrow \frac{300}{200} = \frac{1 - d_1}{d_1} \Rightarrow 1,5 d_1 = 1 - d_1 \Rightarrow 2,5 d_1 = 1 \Rightarrow d_1 = 0,4 \, m = 40 \, cm. Vai đặt cách thùng gạo 40 cm.
Câu 3: Các nguyên nhân chính gây ra sai số giữa đường chéo hình bình hành lí thuyết và số chỉ lực kế trong bài thực hành tổng hợp lực là gì?
Do lực ma sát tại trục chốt của lực kế lò xo, sai số điểm 0 của lực kế chưa chuẩn, độ giãn không đàn hồi hoàn hảo của dây chỉ, và sai số thị giác khi đọc góc trên đĩa chia độ hoặc khi chấm điểm tâm mốc O.
Câu 4: Muốn tăng độ chính xác của thí nghiệm tổng hợp lực trên bảng thép, ta cần lưu ý điều gì khi thao tác?
Cần hiệu chỉnh kim lực kế về vạch 0 trước khi đo; giữ các lực kế song song sát với mặt bảng thép phẳng nhưng không chạm cọ xát vào bảng; và chọn góc α\alpha trong khoảng từ 45∘45^\circ đến 120∘120^\circ để hình bình hành không bị quá dẹt.

Đề luyện tập theo bài