Lực là gì? Công thức tính lực (chi tiết nhất)

Bài viết Lực là gì? Công thức tính lực với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Lực là gì? Công thức tính lực.

Lực là gì? Công thức tính lực (chi tiết nhất)

1. Tổng hợp và phân tích lực

1.1. Lực và cân bằng lực

Lực là gì?

Lực là đại lượng véc tơ đặc trưng cho tác dụng của vật này lên vật khác mà kết quả là gây ra gia tốc cho vật hoặc làm cho vật biến dạng

Lực được biểu diễn bằng một mũi tên (véc - tơ)

- Gốc mũi tên là điểm đặt của lực.

- Phương và chiều của mũi tên là phương và chiều của lực

- Độ dài của mũi tên biểu thị độ lớn của lực theo một tỷ lệ xích nhất định.

Hai lực cân bằng khi nào?

Hai lực cân bằng là hai lực cùng tác dụng lên một vật, cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều.

Đơn vị của lực

Đơn vị của lực là Niutơn (N).

Tổng hợp lực là gì?

Tổng hợp lực là thay thế các lực tác dụng đồng thời vào cùng một vật bằng một lực có tác dụng giống y hệt các lực ấy. Lực thay thế này gọi là hợp lực.

Phương pháp tìm hợp lực gọi là tổng hợp lực.

Quy tắc tổng hợp lực

Quy tắc hình bình hành: Nếu hai lực đồng quy làm thành hai cạnh của một hình bình hành, thì đường chéo kể từ điểm đồng quy biểu diễn hợp lực của chúng.

(Quy tắc hình bình hành trong vật lý 10)

Tổng hợp ba lực F1→,F2→, F3

- Lựa 2 cặp lực theo thứ tự ưu tiên cùng chiều hoặc ngược chiều hoặc vuông góc tổng hợp chúng thành 1 lực tổng hợp F12→

- Tiếp tục tổng hợp lực tổng hợp F12→ trên với lực F3→ còn lại cho ra được tổng hợp F→ cuối cùng

Công thức tính tổng hợp lực

Theo công thức quy tắc hình bình hành

F²= F1²+F2²+2.F1.F2. cos alpha

1.2. Phân tích lực

Phân tích lực là gì?

Phân tích lực là thay thế một lực bằng hai hay nhiều lực có tác dụng giống hệt như lực đó. Các lực thay thế gọi là các lực thành phần.

Phân tích một lực thành hai lực thành phần trên hai phương cho trước

(Phân tích một lực thành hai lực thành phần trên hai phương cho trước)

Điều kiện cân bằng của chất điểm

Muốn cho một chất điểm cân bằng thì hợp lực của các lực tác dụng lên nó phải bằng không.

Ta tổng hợp lực theo quy tắc hình bình hành. Nếu hai lực đồng quy làm thành hai cạnh của một hình bình hành thì đường chéo kể từ điểm đồng quy biểu diễn hợp lực của chúng:

Điều kiện cân bằng của chất điểm: Muốn cho một chất điểm đứng cân bằng thì hợp lực của các lực tác dụng lên nó phải bằng 0:

Dạng bài tổng hợp và phân tích lực

Tổng hợp các lực tác dụng lên vật.

Cách giải:

- Nếu lực cùng phương, cùng chiều thì lực tổng hợp: F = F1 + F2 và có chiều cùng chiều với 2 lực.

- Nếu 2 lực cùng phương, ngược chiều thì lực tổng hợp: F= |F1 -F2| và có chiều cùng chiều với lực có độ lớn lớn hơn.

- Nếu 2 lực không cùng phương thì lực tổng hợp: F² = F1² + 2F1.F2. cos alpha và có chiều theo quy tắc hình bình hành.

2. Bài tập vận dụng tổng hợp lực

LOẠI 1: TỔNG HỢP HAI LỰC

- Sử dụng quy tắc hình bình hành

- Sử dụng quy tắc 2 lực cùng phương cùng chiều

- Sử dụng quy tắc 2 lực cùng phương ngược chiều

Ví dụ 1: Tính hợp lực của hai lực đồng quy $F_1=16N;F_2=12N$ trong các trường hợp góc hợp lực bởi hai lực lần lượt là alpha $=0^o;{60}^o;{120}^o;{180}^o$ . Xác định góc hợp lực được tạo giữa hai lực để hợp lực có độ lớn là 20N.

Hướng dẫn:

$F^2=F_1^2+F_2^2+2.F_1.F_2.\cos \alpha$

Khi alpha $=0^o;F=28N$

Khi alpha $={60}^o;F=24,3N$

Khi alpha $={120}^o;F=14,4N$

Khi alpha $={180}^o;F=F_1-F_2=4N$

Khi $F=20N\Rightarrow \alpha ={90}^o$

LOẠI 2: TỔNG HỢP 3 LỰC

Bước 1: Lựa 2 cặp lực theo thứ tự ưu tiên cùng chiều hoặc ngược chiều hoặc vuông góc tổng hợp chúng thành 1

Bước 2: Tiếp tục tổng hợp tổng hợp lực còn lại cho ra dược lực tổng hợp cuối cùng

Phương pháp: theo quy tắc hình bình hành

Ví dụ: Cho ba lực đồng quy cùng nằm trên một mặt phẳng, có độ lớn $F_1=F_2=F_3=20N$ và từng đôi một hợp với nhau thành góc ${120}^o$ . Hợp lực của chúng của độ lớn là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Ta có $\overrightarrow{F}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2}+\overrightarrow{F_3}$

Hay $\overrightarrow{F}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_{23}}$

Trên hình ta thấy $\overrightarrow{F_{23}}$có độ lớn là $F_{23}=2F_2\cos {60}^o=F_1$

Mà $\overrightarrow{F_{23}}$ có cùng phương nhưng ngược chiều $F_1$ với nên $F_{hl}=0$

LOẠI 3: SỰ CÂN BẰNG LỰC (kiểm tra thường hỏi dạng này)

a. Các lực cân bằng: Là các lực khi tác dụng đồng thời vào một vật thì không gây ra gia tốc cho vật.

b. Điều kiện cân bằng của chất điểm

BÀI TẬP CÂN BẰNG LỰC VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

3. Bài tập tổng hợp và phân tích lực

Câu 1: Tính hợp lực của hai lực đồng quy $F_1=16N;F_2=12N$ trong các trương hợp góc hợp bởi hai lực lần lượt là $\alpha =0^o;{60}^o;{120}^o;{180}^o$ . Xác định góc hợp giữa hai lực để hợp lực có độ lớn 20N.

Hướng dẫn

$F=\sqrt{F_1^2+F_2^2+2F_1{F}_2\cos \alpha }$

Khi $\alpha =0^o;F=28N.$

Khi $\alpha ={60}^o;F=24,3N.$

Khi $\alpha ={120}^o;F=14,4N.$

Khi $\alpha ={180}^o;F=F_1–F_2=4N.$

Khi $F=20N\Rightarrow \alpha ={90}^o$

Câu 2: Tính hợp lực của ba lực đồng qui trong một mặt phẳng. Biết góc hợp giữa 1 lực với hai lực còn lại đều là các góc ${60}^o$ và độ lớn của ba lực đều bằng 20N.

Hướng dẫn

$F_{13}=2F_1\cos \frac{120}{2}=20N$

$F_1=F_3\to F_{13}$ có phương trùng với đường phân giác của góc hợp bởi

$\overrightarrow{F_1};\overrightarrow{F_3}\to \overrightarrow{F_{13}}\uparrow \uparrow \overrightarrow{F_2}\to F=F_2+F_{13}=40N$

Câu 3: Cho hai lực có độ lớn lần lượt là $F_1=3N,F_2=4N.$ Tính độ lớn hợp lực của hai lực đó trong các trường hợp sau:

a/ Hai lực cùng giá, cùng chiều.

b/ Hai lực cùng giá, ngược chiều.

c/ Hai lực có giá vuông góc.

d/ Hướng của hai lực tạo với nhau góc 60°.

ĐS: a. 7N b. 1N c. 5N d. ≈ 6,08N

Hướng dẫn

Bài tập tính độ lớn của lực, phân tích lực, tổng hợp lực

a/ $F=F_1+F_2=7N$

b/ $F=F_2–F_1=1N$

c/ $F=\sqrt{F_1^2+F_2^2}=5N$

d/ $F=\sqrt{F_1^2+F_2^2+2F_1{F}_2\cos {60}^o}=6,08N$

Câu 4: Cho ba lực đồng qui (tại điểm O), đồng phẳng $\overrightarrow{F_1};\overrightarrow{F_2};\overrightarrow{F_3}$ lần lượt hợp với trục Ox những góc $0°,60°,120°$ và có độ lớn tương ứng là $F_1=F_3=2F_2=10\left(N\right)$ như hình vẽ. Tìm hợp lực của ba lực trên?

Hướng dẫn

Bài tập tính độ lớn của lực, phân tích lực, tổng hợp lực

$F_{13}=2F_1\cos \frac{120}{2}=10N$

$F_1=F_3\to F_{13}$ có phương trùng với đường phân giác của góc hợp bởi

$\overrightarrow{F_1};\overrightarrow{F_3}\to \overrightarrow{F_{13}}\uparrow \uparrow \overrightarrow{F_2}\to F=F_2+F_{13}=15N$

Câu 5: Một vật có khối lượng m chịu tác dụng của hai lực lực $\overrightarrow{F_1}$ và $\overrightarrow{F_2}$ như hình vẽ.

Cho biết là góc hợp bởi với phương thẳng đứng. Tìm m để vật cân bằng? lấy

ĐS: m = 2(kg) hoặc m = 4 (kg).

Hướng dẫn

Bài tập tính độ lớn của lực, phân tích lực, tổng hợp lực

$\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2}+\overrightarrow{P}=\overrightarrow{0}\to F_2^2=F_1^2+P^2+2F_{1}P\cos \left(150\right)$

$\to {20}^2=34,{64}^2+{\left(10.m\right)}^2+34,\mathrm{64.10.}m.cos150\to m=2kg$

hoặc $m=4kg$

Câu 6: Cho ba lực đồng qui cùng nằm trên một mặt phẳng, có độ lớn $F_1=F_2=F_3=30N$ và từng đôi một hợp với nhau thành góc 120°. Hợp lực của chúng có độ lớn là bao nhiêu?

A. 30 N.

B. 0 N.

C. 60 N.

D. 90 N.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Ta có: $\overrightarrow{F}={\overrightarrow{F}}_1+{\overrightarrow{F}}_2+{\overrightarrow{F}}_3$

Để tìm hợp lực $\overrightarrow{F}$, trước hết ta tổng hợp 2 lực ${\overrightarrow{F}}_1$ và ${\overrightarrow{F}}_2$

${\overrightarrow{F}}_{12}={\overrightarrow{F}}_1+{\overrightarrow{F}}_2$

Áp dụng quy tắc hình bình hành ta xác định được phương và chiều của ${\overrightarrow{F}}_{12}$ như hình vẽ.

Độ lớn:

$F_{12}=\sqrt{F_1^2+F_2^2+2F_1{F}_2\text{cos}\alpha }=\sqrt{{30}^2+{30}^2+\mathrm{2.30.30.}{\text{cos120}}^0}=30N$

Như vậy ${\overrightarrow{F}}_{12}$ cùng phương, ngược chiều với ${\overrightarrow{F}}_3$ , do đó ta có:

$\overrightarrow{F}={\overrightarrow{F}}_{12}+{\overrightarrow{F}}_3\Rightarrow F=\left(F_{12}-F_3\right)=0N$

Xem thêm các bài viết để học tốt môn Vật Lí sách mới hay, chi tiết khác:

• Năng suất là gì? Công thức tính năng suất

• Khối lượng riêng là gì? Công thức tính khối lượng riêng

• Vận tốc là gì? Công thức tính vận tốc

• Trọng lực là gì? Công thức tính trọng lực

• Cường độ là gì? Công thức tính cường độ

• Thấu kính là gì? Công thức tính thấu kính

---