Giải SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 22: Thực hành: Tổng hợp lực

Khởi động: Hai lực ${\overrightarrow{F}}_1$ và ${\overrightarrow{F}}_2$ tác dụng lên một vật. Làm thế nào xác định hợp lực của hai lực này bằng dụng cụ thí nghiệm?

Lời giải:

- 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.

I. Tổng hợp hai lực đồng quy

2. Thiết kế phương án thí nghiệm

Câu hỏi: Gắn đế nam châm lên bảng thép, móc sợi dây cao su vào đế nam châm, đặt hai lực kế lên bảng thép và móc hai lực kế vào đầu còn lại của dây cao su. Dịch chuyển hai lực kế để kéo sợi dây cao su làm dây dãn ra một khoảng và thảo luận:

1. Làm thế nào để hai lực ${\overrightarrow{F}}_1$ và ${\overrightarrow{F}}_2$ đồng quy?

2. Làm thế nào thay thế tác dụng của hai lực ${\overrightarrow{F}}_1$ và ${\overrightarrow{F}}_2$ bằng một lực $\overrightarrow{F}$ mà dây cao su vẫn dãn một đoạn và hướng như ban đầu?

3. Làm thế nào xác định lực tổng hợp của hai lực ${\overrightarrow{F}}_1$ và ${\overrightarrow{F}}_2$?

Lời giải:

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.

4. Kết quả thí nghiệm

Xử lí kết quả thí nghiệm

Tính giá trị trung bình và sai số:

${\overline{F}}_{tn}$ = ...; ${\overline{\Delta F}}_{tn}$ = ...; ${\overline{F}}_{lt}$ = ...; ${\overline{\Delta F}}_{lt}$ = ...

Trả lời:

Tham khảo bảng kết quả thí nghiệm dưới:

Hoạt động: Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm

1. So sánh các kết quả hợp lực thu được bằng lí thuyết và bằng thí nghiệm, rút ra kết luận.

2. Em có thể đề xuất một phương án thí nghiệm khác để tiến hành thí nghiệm tổng hợp hai lực đồng quy.

Lời giải:

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

(1) Dụng cụ gồm : Bảng , hai ròng rọc động, Sợi dây chỉ, Các quả cân

(2) Biểu diễn các lực thành phần F1−→;F2−→

(3) Lực tổng hợp F→ của 2 lực thành phần  F1−→,F2−→ cân bằng với trọng lực P→ của chùm 5 quả cân.

(4) Đề xuất phương án xác định hợp lực F:

• Đo độ lớn các lực thành phần F1−→,F2−→ và góc hợp bởi 2 lực đó là góc α. 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 : F2=F21+F22+2.F1.F2.cosα
• 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.

II. Tổng hợp hai lực song song

2. Thiết kế phương án thí nghiệm

Hoạt động: Gắn hai đế nam châm lên bảng thép, treo thanh kim loại lên hai đế nam châm bằng hai lò xo, treo các quả nặng vào hai đầu thanh, làm lò xo dãn ra một khoảng và thảo luận:

1. Làm thế nào thay thế hai lực ${\overrightarrow{F}}_1$ và ${\overrightarrow{F}}_2$ bằng một lực $\overrightarrow{F}$ mà thanh vẫn ở vị trí như khi chịu tác dụng của hai lực ${\overrightarrow{F}}_1$ và ${\overrightarrow{F}}_2$?

2. Làm thế nào để hai lực ${\overrightarrow{F}}_1$ và ${\overrightarrow{F}}_2$ song song.

3. Làm thế nào xác định lực tổng hợp của hai lực ${\overrightarrow{F}}_1$, ${\overrightarrow{F}}_2$.

Lời giải:

1.

- 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.

3.

Cách xác định lực tổng hợp hai hai lực thành phần:

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

- Tính độ lớn của lực đó.

4. Kết quả thí nghiệm

Xử lí kết quả thí nghiệm: ${\overline{OA}}_{tn}$ = ...; ${\overline{\Delta OA}}_{tn}$ = ...

Trả lời:

Tham khảo bảng kết quả:

Từ các số liệu tính OAlt 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, O1, O2 lần lượt là điểm đặt của các lực F, F1, F2.

Hoạt động: Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm

1. So sánh các kết quả hợp lực tổng hợp thu được bằng tính toán và bằng thí nghiệm, rút ra kết luận.

2. Em có thể đề xuất một phương án thí nghiệm khác để tiến hành thí nghiệm tổng hợp hai lực song song cùng chiều.

Lời giải:

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 F1, F2 có độ lớn bằng trọng lượng các quả cân treo vào O1, O2 làm cho dây treo thanh giãn ra và thanh nằm cân bằng tại vị trí đánh dấu bởi đường CD.

Thay hai lực F1, F2 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 F1 và F2.

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