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

Giải Vật Lí 10 Bài 22: Thực hành: Tổng hợp lực

Khởi động trang 86 Vật Lí 10: 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

1. Dụng cụ thí nghiệm (Hình 22.1)

2. Thiết kế phương án thí nghiệm

Câu hỏi trang 86 Vật Lí 10: 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.

3. Tiến hành thí nghiệm

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 trang 87 Vật Lí 10: 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

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 $\overrightarrow{P}$ 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 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 = $F_1^2+F_2^2$ + 2F₁F₂cosα

+ 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: F² = $F_1^2+F_2^2$ + 2F₁F₂cosα để so sánh với kết quả thực hành (cột F).

II. Tổng hợp hai lực song song

1. Dụng cụ thí nghiệm (Hình 22.3)

2. Thiết kế phương án thí nghiệm

Hoạt động trang 88 Vật Lí 10: 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. Để 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 ${\overrightarrow{F}}_2$ 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.

3. Tiến hành thí nghiệm

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 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, O₁, O₂ lần lượt là điểm đặt của các lực F, F₁, F₂.

Hoạt động trang 89 Vật Lí 10: 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

Em có thể trang 89 Vật Lí 10: Chế tạo một chiếc cân thăng bằng đơn giản bằng các vật liệu dễ tìm (Hình 22.5):

1. Một thanh thước gỗ có vạch chia.

2. Một chai nước 500 ml.

3. Các dây treo.

4. Vật cần treo.

Lời giải:

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 P₂.

- Đọc khoảng cách từ giá của các lực $\overrightarrow{P_1};\overrightarrow{P_2}$ đến trục quay.

- Sử dụng công thức: $\frac{P_1}{P_2}=\frac{d_2}{d_1}$ => P₁ = $\frac{d_2}{d_1}$.P₂ => m₁ = ...

Xem thêm lời giải bài tập SGK Vật lí lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 20: Một số ví dụ về cách giải các bài toán thuộc phần động lực học

Bài 21: Moment lực. Cân bằng của vật rắn

Bài 23: Năng lượng. Công cơ học

Bài 24: Công suất

Bài 25: Động năng, thế năng