Lực tổng hợp là gì? Các công thức vật lý 10 về tổng hợp lực

1. Lực là gì?

Lực là một đại lượng véctơ đặc trưng cho tác dụng của một vật bất kỳ lên vật khác kết quả là gây ra gia tốc cho một vật hoặc làm cho vật biến dạng

Lực được biểu diễn bằng một mũi tên (véctơ) có các tính chất:

- Gốc mũi tên là điểm đặt của lực.

- Phương và chiều của mũi tên là phương và chiều của lực

- Độ dài của mũi tên biểu thị độ lớn của lực theo một tỷ lệ xích nhất định.

2. Tổng hợp lực

Tổng hợp lực cách là thay thế hai hoặc nhiều lực tác dụng đồng thời vào một vật thành một lực sao cho tác dụng vẫn không thay đổi.

Lực thay thế gọi là hợp lực.

Phương pháp tính hợp lực gọi là cách tổng hợp lực.

Quy tắc hình bình hành: Lực tổng hợp của hai lực đồng đồng quy được biểu diễn bằng đường chéo trong hình bình hành mà hai cạnh là các vecto biểu diễn hai lực thành phần.

Tổng hợp ba lực $ \vec{F_1}$, $ \vec{F_2}$, $\vec{F_3}$

– Lựa chọn 2 cặp lực theo thứ tự ưu tiên cùng chiều hoặc ngược chiều hoặc vuông góc sau đó tổng hợp chúng thành 1 lực tổng hợp $F_{12}$

– Tiếp tục tổng hợp lực tổng hợp ở trên $F_{12}$ với lực $F_3$ còn lại tạo ra được lực tổng hợp F cuối cùng

Áp dụng theo công thức của quy tắc hình bình hành:

$F^2 = F_{12} + F22 + 2.F+_1.F+_2.cos \alpha$

Lưu ý: Nếu có hai lực, thì hợp lực có giá trị trong khoảng: | F1 – F2 | ≤ Fhl ≤ | F1 + F2 |

3. Các dạng bài tập về tổng hợp lực

3.1. Tổng hợp 2 lực

• Sử dụng quy tắc hình bình hành
• Sử dụng quy tắc mà trong đó 2 lực cùng phương cùng chiều
• Sử dụng quy tắc mà trong đó 2 lực cùng phương ngược chiều

Ví dụ 1: Tính hợp lực của hai lực đồng quy F1 = 16N; F2 = 12N trong các trường hợp góc hợp lực bởi hai lực lần lượt là alpha = 0°; 60°; 120°; 180°. Xác định góc hợp lực được tạo giữa hai lực để hợp lực có độ lớn là 20 N.

Hướng dẫn:

F² = F1² + F2² + 2.F1.F2.cos alpha

Khi alpha = 0°; F = 28 N

Khi alpha = 60°; F = 24.3 N

Khi alpha = 120°; F = 14.4 N

Khi alpha = 180°; F = F1 - F2 = 4 N

Khi F = 20 N ⇒ alpha = 90°

Ví dụ 2: Cho hai lực đồng quy có độ lớn 4 (N) và 5 (N) hợp với nhau một góc alpha. Tính góc alpha? Biết rằng hợp lực của hai lực trên có độ lớn bằng 7,8 (N)

Hướng dẫn:

Ta có $F_1 = 4N$

$F_2 = 5 N$

$F = 7.8 N$

Hỏi alpha = ?

Áp dụng công thức của quy tắc hình bình hành:

 Ta có F² = F1² + F2² + 1.F1.F2.cos

Suy ra alpha = 60°15'

3.2. Tổng hợp 3 lực

Bước 1: Lựa 2 cặp lực theo thứ tự ưu tiên cùng chiều hoặc ngược chiều hoặc vuông góc tổng hợp chúng thành 1

Bước 2: Tiếp tục tổng hợp tổng hợp lực còn lại cho ra dược lực tổng hợp cuối cùng

Phương pháp: theo quy tắc hình bình hành

Ví dụ 1: Cho ba lực đồng quy cùng nằm trên một mặt phẳng, có độ lớn F1 = F2 = F3 = 20 (N) và từng đôi một hợp với nhau thành góc 120°. Hợp lực của chúng của độ lớn là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Ta có $\vec{F}=\vec{F_1}+\vec{F_2}+\vec{F_3}$

Hay $\vec{F}=\vec{F_1}+\vec{F_{23}}$

Trên hình ta thấy $\vec{F_{23}}$ có độ lớn là $F_{23}=2F_2cos60^o = F_1$

Mà $\vec{F_23}$ có cùng phương nhưng ngược chiều với $F_1$ nên $F_{hl}=0$

Ví dụ 2: Một chất điểm chịu các lực tác dụng có hướng như hình vẽ và có độ lớn lần lượt là $F_1= 60N$,  $F_2= 30N$, $F_3= 40N$.  Hãy xác định hướng và độ lớn lực tổng hợp tác dụng lên chất điểm trên.

Hướng dẫn: 

Ta tổng hợp các lực như hình vẽ:

Tổng hợp hai lực cùng phương, ngược chiều $F_1$, $F_2$ ta được lực $F_{12}$

Suy ra ta có:

$\vec{F_1} \vec{F_2}$ : = 180 độ ⇒ F = |F1 - F2| = 60 – 30 = 30N

Tổng hợp hai lực $F_{12},F_3$ theo quy tắc hình bình hành ta được lực tổng hợp F

Ta có:

 F12 F3: = 90 độ ⇒ F = F122+F32 =302 +402=50N

Đăng ký ngay khóa học DUO để được lên lộ trình ôn thi tốt nghiệp sớm nhất!

4. Bài tập về lực tổng hợp

Bài tập 1: Tính hợp lực của hai lực đồng quy $F_1=16 N$; $F_2=12 N$ trong các trương hợp góc hợp bởi hai lực lần lượt là $\alpha=0^o; 60^o; 120^o; 180^o$. Xác định góc hợp giữa hai lực để hợp lực có độ lớn 20N.

Hướng dẫn:

F=F12+F22+2F1F2cos

Khi $\alpha=0^o$; F =28 N.

Khi $\alpha=60^o$; F=24,3 N.

Khi $\alpha=120^o$; F=14,4 N.

Khi $\alpha=180^o$; F=F1 - F2=4 N.

Khi F=20N =>$\alpha =90^o$

Bài tập 2: Tính hợp lực của ba lực đồng quy trong một mặt phẳng. Biết góc hợp giữa 1 lực với hai lực còn lại đều là các góc 60o và độ lớn của ba lực đều bằng 20N.

Hướng dẫn:

F12=2F1cos(600/2)=203N

(F2, F12) = 300⇒ ( F12,F3) = 900

F=F122+F32= 40N

Bài tập 3: Một vật chịu tác dụng của ba lực như hình vẽ thì cân bằng.

Biết rằng độ lớn của lực F3 = 40(N). Hãy tính độ lớn của lực F1 và F2?

Hướng dẫn:

$\alpha =60^o$ => F2 = F3/sinα

F22 = F32 + F12 => F1

Bài tập 4: Vật rắn khối lượng 5kg được treo cân bằng trên mặt phẳng thẳng đứng bằng một sợi dây như hình vẽ. Bỏ qua ma sát, lấy g=9,8 m/s2; $\alpha=20^o$ tính lực căng dây và phản lực của mặt phẳng thẳng đứng.

Hướng dẫn:

g=9,8 m/s2; α=20o; m=5kg

P+T+N=0 

P=Tcosα => T=52 N.

N=Tsinα=17,8 N.

Bài tập 5: Cho vật rắn khối lượng 8kg nằm cân bằng như hình vẽ. Lấy g=10m/s2, Tính lực căng dây của các dây.

Hướng dẫn:

$T_{AC}=Pcos 30^o=93,4N$

$T_{AB}=TAC cos 60^o=46,2N$

Bài tập 6: Vật rắn nằm cân bằng như hình vẽ, góc hợp bởi lực căng của dây là 150°. Tính trọng lượng của vật biết độ lớn lực căng của hai dây là 200N

h

$T_1=T_2=T=200N$;  $\alpha =150^o$
$T_1+T_2+P=0 $

⇒ $P = T_{12}= 2Tcos(150^o/2)=103,5 (N)$

Bài tập 7: Một vật nằm trên mặt nghiêng góc 30° so với phương ngang chịu trọng lực tác dụng có độ lớn là 50 N. Xác định độ lớn các thành phần của trọng lực theo các phương vuông góc và song song với mặt nghiêng.

Hướng dẫn:

$P_1=Psin \alpha=25N$

$P_2=Pcos\alpha=253N$

Bài tập 8: Cho hai lực có độ lớn lần lượt là $F_1=3N, F_2=4N$. Tính độ lớn hợp lực của hai lực đó trong các trường hợp sau:

a/ Hai lực cùng giá, cùng chiều.

b/ Hai lực cùng giá, ngược chiều.

c/ Hai lực có giá vuông góc.

d/ Hướng của hai lực tạo với nhau góc 60°.

Hướng dẫn:

a/ $F=F_1+F_2=7N$

b/ $F=F_2–F_1=1N$

c/ $F=F_{12}+F_{22}=5N$

d/ $F=F_{12}+F_{22}+2F_1F2cos 60^o=6,08N$

Bài tập 9: Một chất chịu hai lực tác dụng có cùng độ lớn 40 N và tạo với nhau góc 120°. Tính độ lớn của hợp lực tác dụng lên chất điểm.

Hướng dẫn:

$F=F_{12}+F_{22{+2F_1F_2cos 120^o=40N$

Bài tập 10: Hợp lực F của hai lực F1 và lực F2 có độ lớn 82N; lực F tạo với hướng của lực F1 góc 45° và F1=8N. Xác định hướng và độ lớn của lực F2.

Hướng dẫn:

$F_1 = Fcos45^o$ => $F_2$ vuông góc với $F_1$ => $F_2 = F.sin45^o$

Qua bài viết này, VUIHOC mong rằng có thể giúp các em hiểu được phần nào kiến thức về tổng hợp lực. Để học nhiều hơn các kiến thức Vật Trlý 10 cũng như Vật lý THPT thì các em hãy truy cập vuihoc.vn hoặc đăng ký khoá học với các thầy cô VUIHOC ngay bây giờ nhé!