Giải SBT Lí 10 Bài 10: Tổng hợp lực và phân tích lực có đáp án
29 câu hỏi
Hai lực có độ lớn lần lượt là 6N và 8N. Độ lớn hợp lực của hai lực này có thể
A. nhỏ hơn 6 N.
B. lớn hơn 8 N.
C. nhận giá trị bất kì.
D. nhận giá trị trong khoảng từ 2 N đến 14 N.
Lời giải
Đáp án đúng là: D
Độ lớn hợp lực thỏa mãn: \[\left| {{F_1} - {F_1}} \right| \le F \le {F_1} + {F_2}\]
Một vật đứng yên dưới tác dụng của ba lực có độ lớn lần lượt là 12 N, 16 N và 20 N. Nếu ngừng tác dụng lực 20 N lên vật thì hợp lực tác dụng lên vật có độ lớn là
A. 12 N.
B. 16 N.
C. 20 N.
D. không xác định được vì thiếu thông tin.
Lời giải
Đáp án đúng là: C
Ban đầu vật đứng yên, hợp lực của chúng bằng 0.
\[\overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}} + \overrightarrow {{F_3}} = \overrightarrow 0 \Rightarrow \overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}} = - \overrightarrow {{F_3}} \]
Nếu ngừng tác dụng lực 20 N lên vật thì hợp lực tác dụng lên vật có độ lớn là 20 N
Một vật có khối lượng 70 kg nằm yên trên mặt phẳng nghiêng một góc \[\theta = 30^\circ \] so với phương ngang. Trọng lực của vật có thể phân tích thành hai thành phần như hình 2.10: Px có xu hướng kéo vật trượt xuống dọc theo mặt phẳng nghiêng, Py cân bằng với phản lực N của mặt phẳng nghiêng lên vật.
Trọng lực tác dụng lên vật là 700 N thì thành phần Px kéo vật trượt xuống có độ lớn là:
A. 350 N.
B. 606 N.
C. 700 N.
D. không xác định được vì thiếu thông tin.
Lời giải
Đáp án đúng là: A
\[{P_x} = P.\sin \theta = 700.\sin {30^0} = 350\,N\]
Một người nhảy dù có tổng trọng lượng của người và các thiết bị là 1 000 N. Khi người đó mở dù ra, dù sẽ kéo lên người đó một lực 2 000 N.
Vẽ giản đồ vectơ thể hiện các lực tác dụng lên người đó lúc mở dù.
Lời giải
Giản đồ vectơ như hình 2.49G.
Lời giải
Hai lực trên cùng một đường thẳng và ngược chiều nên hợp lực F có độ lớn:
F = 2 000 – 1 000 = 1 000 (N)
Và có chiều của lực lớn hơn, tức là cùng chiều với lực kéo của dù lên người đó (hướng lên).
Lời giải
Hợp lực ngược chiều với chiều chuyển động rơi nên gây ra gia tốc ngược chiều chuyển động khiến tốc độ rơi giảm dần, người đó rơi chậm lại.
Hình 2.11a biểu diễn một vật chịu hai lực tác dụng lên nó. Hai lực này vuông góc với nhau.
Hình 2.11b biểu diễn giản đồ vectơ để xác định hợp lực của hai lực đó.
Tính độ lớn của hợp lực.
Lời giải
Hợp lực là cạnh huyền của tam giác vuông trong giản đồ vectơ. Sử dụng công thức Pythagoras, ta tính được độ lớn của hợp lực:
\[F = \sqrt {F_1^2 + F_2^2} = \sqrt {{{10}^2} + {{20}^2}} = 10\sqrt 5 \left( N \right)\]
Góc \[\theta \]giữa hợp lực và phương ngang được xác định bởi:
\[\tan \theta = \frac{{20}}{{10}} = 2 \Rightarrow \theta = {63,3^0}\]
Một viên đá đang rơi chịu tác dụng của hai lực: trọng lực có độ lớn 15 N và lực đẩy do gió tác dụng theo phương ngang, có độ lớn 3 N.
Biểu diễn các lực tác dụng lên viên đá.
Lời giải
Hình 2.51G.a biểu diễn các lực tác dụng lên viên đá
Lời giải
Hình 2.51G.b biểu diễn giản đồ vectơ lực. \[\overrightarrow F \] là hợp lực tác dụng lên viên đá.
Xác định độ lớn hợp lực tác dụng lên viên đá và tính góc của hợp lực so với phương ngang.
Sử dụng định lí Pythagoras tính được độ lớn của hợp lực:
\[F = \sqrt {{P^2} + F_d^2} = \sqrt {{{15}^2} + {3^2}} = 15,3\left( N \right)\]
Góc θ của hợp lực so với phương ngang được xác định bởi:
\[\tan \theta = \frac{P}{{{F_d}}} = \frac{{15}}{3} = 5 \Rightarrow \theta = {78,4^0}\]
Khi vận hành, nếu lực đẩy của động cơ là 50 kN thì con tàu có trọng lượng 1 000 kN đi với vận tốc không đổi.
Con tàu có đang ở trạng thái cân bằng không? Vì sao?
Lời giải
Vì tàu đang chuyển động với vận tốc không đổi nên nó đang ở trạng thái cân bằng.
Lời giải
Lực đẩy Archimedes của nước lên tàu cân bằng với trọng lực của tàu:
FA = P = 1 000 kN
Lời giải
Lực cản của nước cân bằng với lực đẩy của động cơ:
Fc = Fđ = 50 kN
Một thiết bị cảm biến có trọng lượng 2,5 N được thả xuống dòng nước chảy xiết. Nó không rơi theo phương thẳng đứng, vì dòng nước chảy tác dụng lên thiết bị một lực đẩy 1,5 N sang ngang (Hình 2.12). Lực đẩy Archimedes của nước lên thiết bị 0,5 N.
Tính độ lớn hợp lực tác dụng lên thiết bị.
Lời giải
Các lực tác dụng lên thiết bị như trong hình 2.53G.
Thành phần của hợp lực trên phương thẳng đứng:
\[{F_y} = P - {F_A} = 2,5 - 0,5 = 2,0\left( N \right)\]
Thành phần của hợp lực trên phương ngang:
Fx = Fđ = 1,5N
Độ lớn hợp lực tác dụng lên thiết bị:
\[F = \sqrt {F_x^2 + F_y^2} = \sqrt {{{1,5}^2} + {{2,0}^2}} = 2,5\left( N \right)\]
Lời giải
Độ lớn hợp lực khác 0 nên thiết bị không ở trạng thái cân bằng.
Ta cũng có thể dễ dàng nhận thấy trên mỗi phương thẳng đứng và phương ngang, vật chịu tác dụng của các lực không cân bằng.
Cho lực 100 N như hình 2.13.
Dùng hình vẽ xác định thành phần nằm ngang và thành phần thẳng đứng của lực này.
Lời giải
Các thành phần của lực được xác định như hình 2.54G.
Tính độ lớn của mỗi thành phần của lực.
Lời giải:
Độ lớn của các thành phần:
\[{F_x} = F\cos \theta = 100.\cos 30^\circ = 50\sqrt 3 \left( N \right)\]
\[{F_y} = Fsin\theta = 100.sin30^\circ = 50\left( N \right)\]
Lời giải
\[F = \sqrt {F_x^2 + F_y^2} = \sqrt {{{\left( {50\sqrt 3 } \right)}^2} + {{50}^2}} = 100\,N\]
Một lực 250 N tác dụng lên vật theo phương nghiêng một góc 450 so với phương thẳng đứng.
Xác định thành phần theo phương ngang và theo phương thẳng đứng của lực này.
Lời giải
Các thành phần của lực được xác định như hình dưới.
Độ lớn của các thành phần:
\[{F_x} = F\cos \theta = 250.\cos 45^\circ = 125\sqrt 2 \left( N \right)\]
\[{F_y} = Fsin\theta = 250.sin45^\circ = 125\sqrt 2 \left( N \right)\]
Lời giải
Hình 2.14 biểu diễn các lực tác dụng lên một vận động viên trượt tuyết khi đang tăng tốc xuống dốc.
Gọi tên các lực tác dụng lên vận động viên và có độ lớn được cho trên hình 2.14.
Lời giải
Các lực tác dụng lên vận động viên gồm:
- Trọng lực P = 350 N.
- Phản lực của mặt đất: N = 329 N
- Lực ma sát: Fms = 60 N
Thành phần theo phương mặt dốc của trọng lực:
\[{P_x} = P.\sin \theta = 350.\sin 20^\circ = 119,7\left( N \right)\]
Lời giải
Theo phương mặt dốc có thành phần Px và lực ma sát tác dụng lên vận động viên.
Vì Px > Fms nên hợp lực theo phương mặt dốc có chiều hướng xuống dốc và có độ lớn:
\[{F_x} = {P_x} - {F_{ms}} = 119,7 - 60 = 59,7\left( N \right)\]
Hợp lực theo phương mặt dốc cùng chiều chuyển động nên tạo ra gia tốc hướng xuống dọc theo mặt dốc, vì thế người đó trượt xuống nhanh dần.
Lời giải
Phản lực của mặt đất theo phương vuông góc với mặt dốc nên không có tác dụng đối với chuyển động dọc theo mặt dốc của vận động viên.
Lời giải
Vận động viên không chuyển động theo phương vuông góc với mặt dốc nên các lực tác dụng lên người đó theo phương này là các lực cân bằng.
Ta có thể kiểm tra được:
\[{P_y} = P.\cos 20^\circ = 329\left( N \right) = N\]
Một học sinh kiểm tra lại quy tắc tổng hợp lực đồng quy bằng cách bố trí thí nghiệm với các quả cân, ròng rọc, dây nối và một vòng nhựa mảnh, nhẹ. Lúc đầu vòng được giữ như hình 2.15.
Giải thích tại sao khi vừa thả ra thì vòng chuyển động thẳng đứng xuống dưới.
Lời giải
Biểu diễn giản đồ vectơ như hình dưới.
Hệ thống sẽ cân bằng nếu vòng kim loại chịu tác dụng của các lực cân bằng trên mỗi phương, tức là: T3x = T1 và T3y = T2
Với góc nghiêng 530 được giữ lúc đầu thì:
\[{T_{3x}} = {T_3}.\cos 53^\circ = 5.\cos 53^\circ = 3\left( N \right) = {T_1}\]
\[{T_{3y}} = {T_3}.sin53^\circ = 5.sin53^\circ = 4\left( N \right) < {T_2}\]
Như vậy, khi vừa được thả ra thì vòng chịu tác dụng của hai lực cân bằng theo phương ngang, còn theo phương thẳng đứng thì hợp lực có chiều của lực T2 nên vòng sẽ chuyển động thẳng đứng xuống dưới.
Lời giải
Để hệ cân bằng khi thay T2 bằng P thì:
\[P = {T_{3y}} = {T_3}.sin53^\circ = 5.sin53^\circ = 4\left( N \right)\]
Lời giải