Bài tập Bài 22. Thực hành: Tổng hợp lực có đáp án

- Xác định xem hai lực đó là lực đồng quy hay hai lực song song, cùng chiều.

- Sử dụng các bộ dụng cụ thí nghiệm thích hợp.

1. Cách để $\overrightarrow{{F}_{1}};\ \overrightarrow{{F}_{2}}$ đồng quy: Di chuyển hai lực kế sao cho dây cao su và các đoạn dây chỉ song song với mặt phẳng và tâm O của thước trùng với giao điểm của sợi dây và dây cao su.

2. Cách xác định lực thay thế hai lực thành phần:

+ Đánh dấu lên bảng sắt điểm A của đầu dây cao su.

+ Tháo một lực kế ra.

+ Di chuyển lực kế còn lại sao cho đầu dây cao su trùng với điểm A đã đánh dấu.

3. Sau khi bố trí thí nghiệm như ở câu 2 thì ta ghi lại đáp án của lực kế, đó là số chỉ của lực tổng hợp, thực hiện thí nghiệm thêm ít nhất 2 lần.

Tham khảo bảng kết quả thí nghiệm dưới:

${\overline{F}}_{tn}=\frac{{F}_{tn1}+{F}_{tn2}+{F}_{tn3}}{3}=\frac{4{,}98+5{,}10+4{,}99}{3}=5{,}02\ N$

${\overline{ΔF}}_{tn}=\frac{Δ{F}_{tn1}+Δ{F}_{tn2}+Δ{F}_{tn3}}{3}=\frac{0{,}04+0{,}08+0{,}03}{3}=0{,}05\ N$

${\overline{F}}_{lt}=\frac{{F}_{lt1}+{F}_{lt2}+{F}_{lt3}}{3}=\frac{5{,}00+5{,}08+4{,}98}{3}=5{,}02\ N$

${\overline{ΔF}}_{lt}=\frac{Δ{F}_{lt1}+Δ{F}_{lt2}+Δ{F}_{lt3}}{3}=\frac{0{,}02+0{,}06+0{,}04}{3}=0{,}04\ N$

1. Kết quả hợp lực thu được bằng lí thuyết và bằng thí nghiệm gần như nhau.

Kết luận: kết quả hợp lực thu được bằng thí nghiệm tuân thủ quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy.

2. Đề xuất phương án thí nghiệm khác

Dụng cụ:

+ Bảng

+ Hai ròng rọc động

+ Sợi dây chỉ

+ Các quả cân

- Biểu diễn các lực thành phần $\overrightarrow{{F}_{1}};\overrightarrow{{F}_{2}}$

- Lực tổng hợp $\overrightarrow{F}$ của 2 lực thành phần $\overrightarrow{{F}_{1}};\overrightarrow{{F}_{2}}$ cân bằng với trọng lực của chùm 5 quả cân.

- Đề xuất phương án xác định hợp lực F:

+ Đo độ lớn các lực thành phần $\overrightarrow{{F}_{1}};\overrightarrow{{F}_{2}}$ và góc hợp bởi 2 lực đó là góc . Độ lớn các lực dựa vào số quả cân được treo.

+ Sử dụng công thức định lí hàm cosin trong tam giác xác định độ lớn F theo lí thuyết thông qua:

${F}^{2}={F}_{1}^{2}+{F}_{2}^{2}+2{F}_{1}{F}_{2}\cos α$

+ Đo độ lớn trọng lực P (thông qua số quả cân được treo) thì gián tiếp xác định được độ lớn hợp lực F theo thí nghiệm.

- Tiến hành thí nghiệm để xác định hợp lực F (sử dụng số quả cân để gián tiếp xác định độ lớn của các lực, ví dụ 2 quả cân thì coi như lực có độ lớn 2N). Kết quả thực hiện được tham khảo bảng mẫu dưới đây:

+ Xử lí kết quả bằng công thức: ${F}^{2}={F}_{1}^{2}+{F}_{2}^{2}+2{F}_{1}{F}_{2}\cos α$ để so sánh với kết quả thực hành (cột F).

1. Để thay thế hai lực ${\overrightarrow{F}}_{1}$ và ${\overrightarrow{F}}_{2}$ bằng một lực mà thanh vẫn ở vị trí như khi chịu tác dụng của hai lực ${\overrightarrow{F}}_{1}$ và ${\overrightarrow{F}}_{2}$ ta thực hiện như sau:

- Lắp các dụng cụ như hình vẽ:

- Dùng bút dạ đánh dấu vị trí thanh và vị trí A, B lên bảng thép.

- Tháo các quả nặng và móc tất cả quả nặng đã dùng vào một móc treo trên thanh kim loại.

- Điều chỉnh con trượt sao cho vị trí của thanh kim loại trùng với vị trí ban đầu được đánh dấu.

2. Để hai lực ${\overrightarrow{F}}_{1}$ và ${\overrightarrow{F}}_{2}$ song song thì khi treo các quả cân các lực phải thỏa mãn biểu thức: $\frac{{F}_{1}}{{F}_{2}}=\frac{{d}_{2}}{{d}_{1}}$ .

3. Để xác định tổng hợp lực:

- Xác định vị trí lực thay thế hai lực thành phần giống câu 1.

- Tính độ lớn của lực đó.

Tham khảo bảng kết quả

Từ các số liệu tính OA$_{lt}$ theo công thức $\frac{{F}_{1}}{{F}_{2}}=\frac{{d}_{2}}{{d}_{1}}=\frac{OB}{O{A}_{lt}}=\frac{AB-O{A}_{lt}}{O{A}_{lt}}$ với O, O$_{1}$, O$_{2}$ lần lượt là điểm đặt của các lực F, F$_{1}$, F$_{2}$.

${\overline{OA}}_{tn}=\frac{O{A}_{tn1}+O{A}_{tn2}+O{A}_{tn3}}{3}=\frac{17{,}8+21{,}1+14{,}9}{3}=17{,}9\ mm$

${\overline{ΔOA}}_{tn}=\frac{ΔO{A}_{tn1}+ΔO{A}_{tn2}+ΔO{A}_{tn3}}{3}=\frac{0{,}1+3{,}2+3}{3}=2{,}1\ mm$

1. Kết quả hợp lực thu được bằng tính toán và bằng thí nghiệm gần như nhau.

Kết luận: kết quả hợp lực bằng thí nghiệm tuân thủ quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều.

2. Đề xuất một phương án thí nghiệm minh họa quy tắc tổng hợp hai lực song song.

Một thước cứng, mảnh, đồng chất được treo bởi hai sợi dây đàn hồi. Hai lực thành phần F$_{1}$, F$_{2}$ có độ lớn bằng trọng lượng các quả cân treo vào O$_{1}$, O$_{2}$ làm cho dây treo thanh giãn ra và thanh nằm cân bằng tại vị trí đánh dấu bởi đường CD.

Thay hai lực F$_{1}$, F$_{2}$ bằng lực F do một chùm quả cân treo tại O sao cho thước vẫn nằm cân bằng tại vị trí đã đánh dấu thì lực F là hợp lực của hai lực F$_{1}$ và F$_{2}$.

Tiến hành thí nghiệm để xác định hợp lực F của hai lực thành phần. Kết quả thực hiện được ghi theo mẫu sau:

Bảng 6.1. Mẫu bảng ghi số liệu tổng hợp hai lực song song

Chế tạo chiếc cân như hình trên.

- Buộc chai nước vào một sợi dây treo, sau đó buộc vào thanh thước gỗ màu xanh (sao cho có thể dễ dàng di chuyển điểm treo chai nước để chai nước ở các vị trí khác nhau).

- Buộc hệ vào giá treo phía trên.

Lí thuyết: khi treo các vật vào cân thì cân sẽ bị lệch, để cân thăng bằng sẽ phải di chuyển điểm treo của chai nước cho đến khi thanh thước nằm ngang.

Tính toán:

- Có thể tích chai nước, từ đó tính được khối lượng của chai nước ta hoàn toàn có thể tính được trọng lượng của nó là P$_{2}$.

- Đọc khoảng cách từ giá của các lực $\overrightarrow{{P}_{1}};\ \overrightarrow{{P}_{2}}$ đến trục quay.

- Sử dụng công thức: $\frac{{P}_{1}}{{P}_{2}}=\frac{{d}_{2}}{{d}_{1}}\Rightarrow {P}_{1}=\frac{{d}_{2}}{{d}_{1}}.{P}_{2}\Rightarrow {m}_{2}=...$