Bài 22: Thực hành: Tổng hợp lực

1. Kiến thức trọng tâm

Tổng hợp lực là phép thay thế nhiều lực cùng tác dụng lên một vật bằng một lực duy nhất có tác dụng tương đương, gọi là hợp lực. Khi hai lực đồng quy tác dụng lên một vật, hợp lực được xác định bằng quy tắc hình bình hành: vẽ hai vectơ lực từ cùng một điểm, dựng hình bình hành, đường chéo chính là hợp lực. Độ lớn của hợp lực thỏa mãn $F = \sqrt{F_1^2 + F_2^2 + 2F_1F_2\cos\alpha}$, trong đó $\alpha$ là góc giữa hai lực.

Trong thực hành, người ta dùng lực kế để đo từng lực thành phần và hợp lực, rồi so sánh kết quả đo với kết quả tính theo quy tắc hình bình hành. Các lực đồng quy có thể được phân tích thành các thành phần vuông góc theo hai trục $Ox$ và $Oy$. Khi đó, hợp lực có các thành phần $F_x = F_{1x} + F_{2x}$ và $F_y = F_{1y} + F_{2y}$. Độ lớn hợp lực là $F = \sqrt{F_x^2 + F_y^2}$.

Điều kiện cân bằng của chất điểm là hợp lực tác dụng lên nó bằng không. Đây là cơ sở để kiểm chứng kết quả thí nghiệm.

2. Ví dụ minh họa

Hai lực $F_1 = 6,N$ và $F_2 = 8,N$ cùng tác dụng lên một vật, góc giữa chúng bằng $90^\circ$. Tính hợp lực.

Lời giải: Vì $\cos 90^\circ = 0$ nên $F = \sqrt{6^2 + 8^2} = \sqrt{36 + 64} = 10,N$. Hướng của hợp lực hợp với lực $F_1$ một góc $\theta$ thỏa mãn $\tan\theta = \frac{8}{6}$, suy ra $\theta \approx 53^\circ$. Kết quả này có thể kiểm chứng bằng lực kế trong thí nghiệm.

3. Ghi nhớ

• Hợp lực của hai lực đồng quy tuân theo quy tắc hình bình hành.
• Khi hai lực vuông góc: $F = \sqrt{F_1^2 + F_2^2}$.
• Chất điểm cân bằng khi hợp lực bằng không.