Bài 22. Thực hành: Tổng hợp lực

1. Kiến thức trọng tâm

1.1. Mục tiêu

● Kiểm chứng quy tắc hình bình hành hoặc quy tắc tam giác khi tổng hợp hai lực đồng quy.

● Rèn kĩ năng đo lực, đo góc và biểu diễn vectơ theo tỉ lệ.

● Xác định hợp lực của hai lực đồng quy bằng thí nghiệm và đối chiếu với quy tắc hình bình hành.

● Xác định hợp lực của hai lực song song cùng chiều, kiểm tra độ lớn và vị trí giá của hợp lực.

1.2. Dụng cụ

● Dùng lực kế, vòng nhẫn, dây, giá đỡ, thước và giấy vẽ.

● Kiểm tra lực kế về số 0 trước khi đo.

● Thí nghiệm đồng quy: bảng từ, thước đo góc, lực kế, dây và dây cao su.

● Thí nghiệm song song: thanh có vạch chia, hai lực kế hoặc lò xo, móc và các quả cân.

1.3. Bố trí và cân bằng

● Hai lực kế kéo vòng nhẫn theo hai phương xác định.

● Lực thứ ba giữ vòng nhẫn cân bằng và có độ lớn bằng hợp lực của hai lực đầu nhưng ngược chiều.

● Với hai lực đồng quy, điều chỉnh để các dây nằm trong cùng mặt phẳng và tâm thước trùng điểm đồng quy.

● Với hai lực song song, treo tải và điều chỉnh để thanh cân bằng nằm ngang; ghi vị trí các giá lực.

✦ Kiểm tra nhanh

Câu hỏi 1.

Ví dụ 1. Trong thí nghiệm tổng hợp hai lực đồng quy, hai lực kế chỉ $F_1\text{=16 N}$ và $F_2\text{=8 N}$; hai lực vuông góc nhau. Dựa vào quy tắc hình bình hành, dự đoán số chỉ của lực kế thứ ba khi vòng nhẫn cân bằng.

Trả lời:

Kiểm tra

Hướng dẫn

Trả lời: 85 N

HƯỚNG DẪN:

Bước 1. Hai lực vuông góc nên hợp lực là đường chéo hình chữ nhật có hai cạnh $F_1$ và $F_2$.

Bước 2. Độ lớn hợp lực: $\mathrm{F=}\sqrt{{F_1}^2+{F_2}^2}=\sqrt{{16}^2+8^2}\mathrm{=8}\sqrt{5}\text{N≈17,9 N}$.

Bước 3. Khi vòng nhẫn cân bằng, lực thứ ba là lực cân bằng của $F_1$ và $F_2$, có cùng độ lớn với hợp lực và ngược chiều.

Kết luận. Lực kế thứ ba phải chỉ khoảng $\text{17,9 N}$.

1.4. Xử lí

● Vẽ các vectơ lực theo cùng tỉ lệ và dựng hình bình hành.

● So sánh độ lớn, phương của đường chéo với lực cân bằng đo được.

● Hai lực đồng quy: dựng hình bình hành hoặc dùng định lí $\cos$ để xác định hợp lực.

● Hai lực song song cùng chiều: $\mathrm{F=}{F}_1+F_2$ và $F_1{d}_1=F_2{d}_2$; giá hợp lực nằm giữa hai giá lực.

1.5. Sai số

● Sai số do ma sát, lực kế chưa chuẩn, đọc lệch mắt và xác định góc không chính xác.

● Lặp lại phép đo với các góc khác nhau để đánh giá.

● Đọc số khi hệ đã cân bằng, mắt vuông góc với thang đo và lực kế đã chỉnh về số không.

● Lặp lại phép đo, ghi đủ đơn vị và so sánh sai lệch tương đối giữa thực nghiệm với lí thuyết.

2. Hiểu sâu bản chất

💡 Lực cân bằng của hai lực có cùng độ lớn với hợp lực nhưng ngược chiều.

💡 So sánh cả độ lớn lẫn phương, không chỉ so số chỉ lực kế.

3. Ghi nhớ nhanh

● Kiểm chứng quy tắc hình bình hành hoặc quy tắc tam giác khi tổng hợp hai lực đồng quy.

● Dùng lực kế, vòng nhẫn, dây, giá đỡ, thước và giấy vẽ.

● Hai lực kế kéo vòng nhẫn theo hai phương xác định.

● Vẽ các vectơ lực theo cùng tỉ lệ và dựng hình bình hành.

● Sai số do ma sát, lực kế chưa chuẩn, đọc lệch mắt và xác định góc không chính xác.

4. Lưu ý cho học sinh

● Các dây phải đồng quy tại vòng nhẫn.

● Đọc lực kế theo phương vuông góc mặt số để tránh thị sai.