Khi hai lực F1 và F2 cùng tác dụng lên một vật tại cùng một điểm, chúng được gọi là hai lực đồng quy. Để xác định hợp lực F của hai lực này, ta cần xem xét cả độ lớn và hướng của chúng. Bài viết này sẽ đi sâu vào cách tính độ lớn của hợp lực F khi biết độ lớn của hai lực thành phần F1 và F2, đồng thời phân tích các trường hợp có thể xảy ra.
Độ lớn của hợp lực F phụ thuộc vào góc α giữa hai lực F1 và F2. Công thức tổng quát để tính độ lớn của hợp lực là:
F = √(F1² + F2² + 2 F1 F2 * cos(α))
Trong đó:
- F là độ lớn của hợp lực.
- F1 và F2 là độ lớn của hai lực thành phần.
- α là góc giữa hai lực F1 và F2.
Để hiểu rõ hơn, chúng ta sẽ xét các trường hợp đặc biệt của góc α:
-
Trường hợp 1: α = 0° (Hai lực cùng hướng): Khi hai lực cùng hướng, hợp lực có độ lớn bằng tổng độ lớn của hai lực thành phần: F = F1 + F2. Trong trường hợp này, F = 9N + 12N = 21N.
-
Trường hợp 2: α = 180° (Hai lực ngược hướng): Khi hai lực ngược hướng, hợp lực có độ lớn bằng hiệu độ lớn của hai lực thành phần: F = |F1 – F2|. Trong trường hợp này, F = |9N – 12N| = 3N.
-
Trường hợp 3: α = 90° (Hai lực vuông góc): Khi hai lực vuông góc, hợp lực có độ lớn được tính theo định lý Pythagoras: F = √(F1² + F2²). Trong trường hợp này, F = √(9² + 12²) = √(81 + 144) = √225 = 15N.
Ngoài ra, độ lớn của hợp lực F luôn nằm trong khoảng giữa giá trị nhỏ nhất (khi hai lực ngược hướng) và giá trị lớn nhất (khi hai lực cùng hướng):
|F1 – F2| ≤ F ≤ F1 + F2
Trong trường hợp này:
3N ≤ F ≤ 21N
Vậy, độ lớn của hợp lực F có thể nhận bất kỳ giá trị nào trong khoảng từ 3N đến 21N.
Để minh họa rõ hơn về cách tổng hợp hai lực đồng quy, chúng ta có thể xem xét hình ảnh sau:
Hình ảnh này mô tả cách xác định hợp lực F từ hai lực thành phần F1 và F2 bằng quy tắc hình bình hành. Đường chéo của hình bình hành tạo bởi F1 và F2 chính là hợp lực F.
Vậy, trong các đáp án lựa chọn, đáp án nào nằm trong khoảng từ 3N đến 21N sẽ là đáp án đúng. Ví dụ, nếu các đáp án cho là 3N, 7N, 15N, và 25N, thì các đáp án 3N, 7N và 15N đều có thể là đáp án đúng, tùy thuộc vào góc α giữa hai lực F1 và F2. Đáp án 25N sẽ không đúng vì nó nằm ngoài khoảng giá trị cho phép.
Khi giải các bài tập về tổng hợp lực, việc xác định đúng khoảng giá trị của hợp lực sẽ giúp loại bỏ các đáp án sai một cách nhanh chóng, từ đó tăng khả năng tìm ra đáp án chính xác. Đồng thời, việc hiểu rõ các trường hợp đặc biệt (cùng hướng, ngược hướng, vuông góc) sẽ giúp bạn giải quyết bài toán một cách hiệu quả hơn.