Trả lời nhanh
Phát biểu đúng là: vectơ hợp lực tác dụng lên vật có hướng trùng với hướng của vectơ gia tốc của vật. Theo định luật II Newton, a = F/m với m > 0 nên F và a luôn cùng phương, cùng chiều. Hợp lực không nhất thiết cùng hướng với vận tốc hay hướng chuyển động của vật.
Lưu ý về đề bài
Đề gốc có dạng “Chọn phát biểu đúng nhất: A. Vectơ hợp lực tác dụng lên vật có hướng …”. Phần các phương án đầy đủ không còn rõ ràng nên bài viết không bịa lại từng đáp án. Thay vào đó, ta nắm chắc nguyên tắc để tự kiểm tra bất kì phương án nào về hướng của hợp lực.
Kiến thức cần nhớ
Hợp lực là lực thay thế cho tất cả các lực cùng tác dụng lên vật, tính bằng tổng vectơ: F = F1 + F2 + … + Fn.
Định luật II Newton: a = F/m, hay F = ma. Vì khối lượng m là số dương nên:
- F và a luôn cùng hướng;
- độ lớn a = F/m: hợp lực càng lớn, gia tốc càng lớn; khối lượng càng lớn, gia tốc càng nhỏ.
Vì sao hợp lực cùng hướng với gia tốc mà không phải vận tốc?
Gia tốc đo sự thay đổi của vận tốc: a = Δv/Δt. Lực làm thay đổi vận tốc, nên hướng của lực gắn với hướng của độ biến thiên vận tốc, chứ không gắn với hướng của chính vận tốc. Vận tốc cho biết vật đang đi đâu; hợp lực cho biết vận tốc đang bị “kéo” về phía nào.
Ba tình huống minh hoạ
| Tình huống | Hướng vận tốc | Hướng hợp lực (= hướng gia tốc) |
|---|---|---|
| Xe tăng tốc trên đường thẳng | Về phía trước | Về phía trước |
| Xe đang phanh | Về phía trước | Về phía sau |
| Quả bóng ném thẳng đứng lên cao (bỏ qua sức cản) | Hướng lên (khi đi lên) | Hướng xuống (trọng lực) |
Ở tình huống thứ ba, bóng vẫn bay lên dù hợp lực hướng xuống: vận tốc hướng lên giảm dần cho đến khi bằng 0 tại đỉnh.
Loại trừ các cách nói sai thường gặp
- “Hợp lực cùng hướng với vận tốc”: chỉ đúng khi vật chuyển động nhanh dần trên đường thẳng; sai khi chậm dần hoặc chuyển động cong.
- “Hợp lực cùng hướng với chuyển động”: cùng lỗi trên. Chuyển động tròn đều có hợp lực hướng vào tâm, vuông góc với vận tốc.
- “Hợp lực cùng hướng với lực lớn nhất”: không đúng nói chung, vì hợp lực còn phụ thuộc các lực còn lại và góc giữa chúng.
- “Hợp lực bằng 0 thì vật đứng yên”: sai. Khi đó gia tốc bằng 0, vật đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều (định luật I Newton).
Mẹo nhớ
Gặp câu hỏi về hướng của hợp lực, hãy hỏi: “Vận tốc đang tăng, giảm hay đổi hướng, và theo hướng nào?” Hướng thay đổi đó chính là hướng của gia tốc và cũng là hướng của hợp lực. Đừng nhìn vào hướng chuyển động.
Bài luyện tập
- Vật khối lượng 2 kg chịu hai lực vuông góc nhau, 6 N và 8 N. Tính độ lớn gia tốc.
Đáp án: F = √(6² + 8²) = 10 N; a = F/m = 10/2 = 5 m/s². Gia tốc cùng hướng với hợp lực. - Xe 1000 kg đang chạy 20 m/s thì phanh, dừng sau 4 s (gia tốc không đổi). Tìm hướng và độ lớn hợp lực.
Đáp án: a = (0 − 20)/4 = −5 m/s² (ngược chiều chuyển động). F = m|a| = 1000 × 5 = 5000 N, hướng ngược chiều chuyển động. - Hòn đá được ném lên, đang ở đỉnh quỹ đạo, vận tốc tạm bằng 0. Hợp lực có bằng 0 không?
Đáp án: Không. Vẫn còn trọng lực hướng xuống, gia tốc bằng g, nên hòn đá sẽ rơi xuống.
Câu hỏi thường gặp
Hợp lực tác dụng lên vật cùng hướng với đại lượng nào?
Hợp lực luôn cùng hướng với vectơ gia tốc của vật, theo định luật II Newton F = ma với khối lượng m dương.
Hợp lực có luôn cùng hướng với vận tốc không?
Không. Chỉ khi vật chuyển động thẳng nhanh dần thì hai vectơ này cùng hướng. Khi chuyển động chậm dần hoặc theo đường cong, hướng của chúng khác nhau.
Hợp lực bằng 0 thì vật chuyển động thế nào?
Gia tốc bằng 0 nên vật giữ nguyên trạng thái: đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều.
Hợp lực của nhiều lực được tính ra sao?
Bằng tổng vectơ của các lực, dùng quy tắc hình bình hành hoặc quy tắc đa giác lực, hoặc chiếu lên các trục toạ độ rồi cộng.