Bài 13: Tổng hợp và phân tích lực. Cân bằng lực

1. Kiến thức trọng tâm

Lực là đại lượng vectơ, đặc trưng cho tác dụng của vật này lên vật khác, có thể làm biến đổi vận tốc hoặc làm biến dạng vật. Lực được biểu diễn bằng mũi tên: gốc đặt tại điểm đặt lực, hướng theo hướng của lực, độ dài tỉ lệ với độ lớn của lực, đơn vị là niutơn $(\text{N})$.

Khi nhiều lực cùng tác dụng lên một vật, chúng có thể được thay bằng một lực duy nhất gọi là hợp lực, có tác dụng tương đương. Tổng hợp hai lực đồng quy tuân theo quy tắc hình bình hành: hợp lực là đường chéo của hình bình hành có hai cạnh là hai lực thành phần. Độ lớn hợp lực của hai lực $F_1$ và $F_2$ hợp với nhau góc $\alpha$ là $F = \sqrt{F_1^2 + F_2^2 + 2 F_1 F_2 \cos \alpha}$. Phân tích lực là việc ngược lại: tách một lực thành hai lực thành phần theo hai phương cho trước, thường là hai phương vuông góc. Vật đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều khi hợp lực tác dụng lên nó bằng không.

2. Ví dụ minh họa

Hai lực $F_1 = 6\ \text{N}$ và $F_2 = 8\ \text{N}$ cùng tác dụng lên một vật, hợp với nhau góc $90^\circ$. Tính độ lớn hợp lực và góc hợp lực tạo với $F_1$.

Lời giải. Vì $\cos 90^\circ = 0$ nên $F = \sqrt{6^2 + 8^2} = 10\ \text{N}$. Góc giữa hợp lực và $F_1$ thỏa mãn $\tan \varphi = \frac{8}{6}$ nên $\varphi \approx 53^\circ$.

3. Ghi nhớ

• Lực là vectơ, đơn vị niutơn $(\text{N})$.
• Tổng hợp lực theo quy tắc hình bình hành; phân tích lực là việc ngược lại.
• Vật cân bằng khi hợp lực bằng không.