Trắc nghiệm Kết nối Vật lý 10 bài 13 Tổng hợp và phân tích lực. Cân bằng lực

Nếu $\vec{F_1}$ và $\vec{F_2}$ cân bằng nhau, thì $\vec{F_1} + \vec{F_2} = \vec{0}$. Hợp lực của ba lực là $\vec{F} = \vec{F_1} + \vec{F_2} + \vec{F_3}$. Thay $\vec{F_1} + \vec{F_2} = \vec{0}$ vào, ta được $\vec{F} = \vec{0} + \vec{F_3} = \vec{F_3}$. Kết luận: Bằng $\vec{F_3}$.

Phân tích một lực thành các lực thành phần là quá trình thay thế một lực bằng hai hay nhiều lực khác sao cho tác dụng của các lực thành phần này lên vật là tương đương với tác dụng của lực ban đầu. Nói cách khác, hợp lực của các lực thành phần phải bằng lực ban đầu. Kết luận: Tìm hai lực có tác dụng tương đương với lực $\vec{F}$.

Biểu thức $\vec{F_1} + \vec{F_2} + \vec{F_3} = \vec{0}$ là điều kiện cân bằng của vật chịu tác dụng của ba lực. Điều này có nghĩa là ba lực này cân bằng nhau. Nếu ba lực cân bằng nhau thì chúng phải đồng phẳng và hợp lực của chúng bằng không. Tuy nhiên, phát biểu ba lực này cân bằng nhau là phát biểu trực tiếp nhất từ phương trình. Kết luận: Ba lực này cân bằng nhau.

Độ lớn của hợp lực hai lực đồng quy được tính bằng công thức $F = \sqrt{F_1^2 + F_2^2 + 2F_1F_2 \cos \alpha}$. Nếu giữ nguyên $F_2$ và $\alpha$, và tăng $F_1$, thì $F_1^2$ tăng và $2F_1F_2 \cos \alpha$ cũng tăng (nếu $\cos \alpha > 0$) hoặc giảm ít hơn mức tăng của $F_1^2$ (nếu $\cos \alpha < 0$). Nói chung, khi tăng độ lớn của một lực thành phần, độ lớn của hợp lực sẽ tăng lên. Kết luận: Tăng.

Lực ma sát nghỉ là lực xuất hiện khi vật có xu hướng chuyển động nhưng chưa chuyển động. Độ lớn của lực ma sát nghỉ biến thiên từ 0 đến một giá trị cực đại gọi là lực ma sát nghỉ cực đại ($F_{msn_{max}}$). Lực ma sát trượt là lực xuất hiện khi vật trượt trên bề mặt. Độ lớn của lực ma sát trượt thường nhỏ hơn lực ma sát nghỉ cực đại. Cụ thể, $F_{ms} = \mu_t N$ và $F_{msn_{max}} = \mu_n N$, với $\mu_t$ là hệ số ma sát trượt và $\mu_n$ là hệ số ma sát nghỉ. Thông thường, $\mu_n > \mu_t$. Do đó, $F_{msn_{max}} > F_{ms}$. Kết luận: $F_{msn_{max}} > F_{ms}$.

Độ lớn của hợp lực hai lực đồng quy được tính bằng công thức $F = \sqrt{F_1^2 + F_2^2 + 2F_1F_2 \cos \alpha}$. Để $F$ nhỏ nhất, ta cần $\cos \alpha$ nhỏ nhất. Giá trị nhỏ nhất của $\cos \alpha$ là $-1$, xảy ra khi $\alpha = 180^{\circ}$. Khi đó $F = \sqrt{F_1^2 + F_2^2 - 2F_1F_2} = \sqrt{(F_1 - F_2)^2} = |F_1 - F_2|$. Trong trường hợp này, $F = |5 - 7| = 2 \text{ N}$. Kết luận: Hai lực $F_1$ và $F_2$ tạo với nhau một góc $180^{\circ}$.

Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của nhiều lực là hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật phải bằng không. Đối với ba lực không đồng phẳng, hợp lực của ba lực phải bằng không. Điều này ngụ ý rằng ba lực đó phải đồng phẳng và ba vectơ lực đó tạo thành một tam giác kín (nếu xét theo quy tắc cộng vectơ). Tuy nhiên, phát biểu không đồng phẳng ở đầu câu hỏi có thể gây nhầm lẫn. Phát biểu chính xác nhất là hợp lực bằng không, và điều này tự động suy ra tính đồng phẳng và điều kiện về tam giác kín. Tuy nhiên, trong các lựa chọn, chỉ có lựa chọn 4 là đề cập đến hợp lực bằng không và có thể xảy ra với ba lực không đồng phẳng. Nhưng nếu ba lực ban đầu là không đồng phẳng thì hợp lực của chúng không thể bằng không. Giả sử đề bài ý là chịu tác dụng của nhiều lực, và có thể là ba lực. Nếu vật chịu tác dụng của ba lực không đồng phẳng, thì hợp lực của chúng phải bằng không. Tuy nhiên, phát biểu ba lực không đồng phẳng và hợp lực của ba lực bằng không là mâu thuẫn nội tại nếu chúng thực sự không đồng phẳng. Điều kiện cân bằng chung nhất cho mọi trường hợp là hợp lực của các lực bằng không. Nếu ba lực ban đầu không đồng phẳng, thì hợp lực của chúng cũng không thể bằng không. Có lẽ đề bài muốn hỏi về điều kiện cân bằng của vật nói chung. Tuy nhiên, nếu xét trực tiếp câu hỏi về 3 lực không đồng phẳng, thì điều kiện cân bằng là hợp lực của chúng bằng 0, điều này lại ngụ ý chúng phải đồng phẳng. Vậy, lựa chọn 4 là cách diễn đạt gần đúng nhất với điều kiện cân bằng lực tổng quát. Nếu ta xét trường hợp vật chịu tác dụng của ba lực, thì điều kiện cân bằng là hợp lực của chúng bằng không. Nếu ba lực này không đồng phẳng, thì hợp lực của chúng không thể bằng không trừ khi có sự hiểu lầm trong câu hỏi. Tuy nhiên, nếu hiểu là vật chịu tác dụng của các lực, và nếu có 3 lực thì điều kiện là hợp lực bằng 0, và có thể chúng không đồng phẳng (trường hợp đặc biệt khi hợp lực bằng 0). Nhưng theo định lý về cân bằng lực, nếu ba lực không đồng phẳng mà cân bằng thì chúng phải đồng phẳng. Vậy nên lựa chọn 4 là sai về mặt lý thuyết. Lựa chọn 3 đề cập đến đồng phẳng và hợp lực bằng không, đây là điều kiện đủ và cần. Tuy nhiên, nếu vật chịu tác dụng của ba lực KHÔNG ĐỒNG PHẲNG, thì chúng KHÔNG THỂ cân bằng. Vì vậy, có lẽ câu hỏi có một chút sai sót trong cách diễn đạt. Giả sử câu hỏi muốn nói vật chịu tác dụng của các lực, và nếu có ba lực thì.... Trong trường hợp 3 lực, điều kiện cân bằng là chúng phải đồng phẳng và hợp lực bằng 0. Lựa chọn 3 là đúng nếu bỏ qua không đồng phẳng ban đầu. Tuy nhiên, nếu giữ nguyên không đồng phẳng, thì không có trường hợp nào cân bằng. Xét lại câu hỏi: Một vật chịu tác dụng đồng thời của ba lực không đồng phẳng. Điều kiện để vật cân bằng là gì?. Nếu ba lực không đồng phẳng thì chúng không thể cân bằng. Có thể câu hỏi sai ở chỗ không đồng phẳng. Tuy nhiên, nếu đề cho rằng đã có 3 lực không đồng phẳng tác dụng, và hỏi điều kiện cân bằng, thì câu trả lời hợp lý nhất trong các lựa chọn là hợp lực của chúng bằng không, vì đó là định nghĩa của cân bằng. Dù rằng 3 lực không đồng phẳng không thể có hợp lực bằng không. Có lẽ ý của câu hỏi là Nếu có 3 lực tác dụng lên vật, điều kiện cân bằng là gì?. Trong trường hợp đó, 3 lực phải đồng phẳng và hợp lực bằng 0. Lựa chọn 3 phát biểu điều này. Tuy nhiên, câu hỏi lại thêm yếu tố không đồng phẳng. Điều này tạo ra mâu thuẫn. Nếu ta buộc phải chọn một câu trả lời, thì điều kiện cân bằng chung nhất là hợp lực bằng không. Lựa chọn 4 nói hợp lực bằng không, nhưng lại đi kèm với không đồng phẳng, điều này là mâu thuẫn. Lựa chọn 3 nói đồng phẳng và hợp lực bằng không, là đúng. Tuy nhiên, câu hỏi lại bắt đầu bằng ba lực không đồng phẳng. Điều này có nghĩa là không có trường hợp nào vật cân bằng. Tuy nhiên, trong một bài trắc nghiệm, ta cần chọn câu trả lời phù hợp nhất. Nếu có 3 lực tác dụng, thì điều kiện cân bằng là hợp lực bằng không. Lựa chọn 3 là đúng khi nói về ba lực cân bằng. Tuy nhiên, yếu tố không đồng phẳng làm cho câu hỏi có vấn đề. Nếu ta hiểu theo nghĩa rộng hơn, rằng vật chịu tác dụng của nhiều lực, và nếu có 3 lực thì chúng phải đồng phẳng và hợp lực bằng không. Vậy lựa chọn 3 là câu trả lời đúng nhất cho trường hợp 3 lực nói chung. Xét lại: Nếu 3 lực KHÔNG đồng phẳng thì chúng KHÔNG THỂ cân bằng. Vậy thì câu hỏi này không có đáp án đúng. Tuy nhiên, trong bối cảnh trắc nghiệm, ta tìm câu trả lời ít sai nhất hoặc phù hợp nhất. Điều kiện cân bằng là hợp lực bằng 0. Lựa chọn 3 và 4 đều đề cập đến hợp lực bằng 0. Tuy nhiên, 3 lực không đồng phẳng thì hợp lực của chúng không thể bằng 0. Vậy có thể câu hỏi muốn ám chỉ rằng, nếu đã cho là 3 lực tác dụng, thì điều kiện cân bằng là hợp lực bằng 0, và nếu chúng cân bằng thì chúng phải đồng phẳng. Lựa chọn 3 là phát biểu đầy đủ và chính xác nhất cho trường hợp 3 lực nói chung. Kết luận: Ba lực phải đồng phẳng và hợp lực của ba lực bằng không.

Khi vật chuyển động thẳng đều, hợp lực tác dụng lên vật bằng không. Trong trường hợp này, vật chịu tác dụng của lực kéo $\vec{F}$ và lực cản $\vec{f}$ cùng phương, ngược chiều. Do đó, điều kiện cân bằng là $F - f = 0$, hay $F = f$. Với $f = 5 \text{ N}$, ta có $F = 5 \text{ N}$. Khối lượng của vật không ảnh hưởng đến độ lớn của lực kéo trong trường hợp này. Kết luận: 5 N.

Lực là một đại lượng vectơ, có độ lớn, hướng và điểm đặt. Tác dụng của lực lên vật có hai biểu hiện: làm biến đổi chuyển động của vật (thay đổi vận tốc, thay đổi phương chuyển động) hoặc làm biến dạng vật. Phát biểu thứ tư nói rằng lực chỉ có thể làm biến đổi chuyển động của vật, không thể làm biến dạng vật là sai. Kết luận: Lực chỉ có thể làm biến đổi chuyển động của vật, không thể làm biến dạng vật.

Độ lớn của hợp lực của hai lực đồng quy được tính bằng công thức $F = \sqrt{F_1^2 + F_2^2 + 2F_1F_2 \cos \alpha}$, trong đó $\alpha$ là góc tạo bởi hai lực. Do đó, độ lớn của hợp lực phụ thuộc vào góc tạo bởi hai lực. Kết luận: Góc tạo bởi hai lực đó.

Khi vật được treo bằng sợi dây, lực căng của sợi dây cân bằng với trọng lượng của vật, tức là $T = P$. Để dây không bị đứt, lực căng $T$ phải nhỏ hơn hoặc bằng lực căng tối đa mà dây chịu được ($T_{max}$). Do đó, điều kiện là $P \le T_{max}$. Kết luận: $P \le T_{max}$.

Điều kiện để vật rắn chịu tác dụng của hai lực cân bằng là hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều. Phát biểu Hai lực phải có cùng chiều là sai vì hai lực cân bằng phải ngược chiều nhau. Kết luận: Hai lực phải có cùng chiều.

Lực đàn hồi là lực xuất hiện ở những nơi tiếp xúc khi vật bị biến dạng đàn hồi và có xu hướng chống lại sự biến dạng đó. Do đó, lực đàn hồi đặc trưng cho khả năng gây ra biến dạng của vật khi có lực tác dụng (hoặc khả năng chống lại biến dạng). Kết luận: Lực đàn hồi.

Độ lớn của hợp lực hai lực đồng quy được tính bằng công thức $F = \sqrt{F_1^2 + F_2^2 + 2F_1F_2 \cos \alpha}$. Để $F = F_1 + F_2$, ta cần $\cos \alpha = 1$, điều này xảy ra khi $\alpha = 0^{\circ}$. Hai lực có góc $0^{\circ}$ là hai lực cùng phương, cùng chiều. Kết luận: Khi hai lực $\vec{F_1}$ và $\vec{F_2}$ cùng phương, cùng chiều.

Hai lực cân bằng là hai lực cùng tác dụng vào một vật, cùng giá, cùng độ lớn nhưng ngược chiều. Khi hai lực cân bằng tác dụng vào vật thì vật sẽ đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều. Kết luận: Hai lực có cùng độ lớn và cùng phương, nhưng ngược chiều.