Đáp án: 32,6
Hướng dẫn giải:
- Gọi \(\vec{F}\) là hợp lực của ba lực trên: \(\vec{F} = \vec{a} + \vec{b} + \vec{c}\).
- Chọn hệ trục tọa độ \(Oxyz\) có gốc \(O \equiv A(0;0;0)\). Các tia \(Ax, Ay, Az\) lần lượt trùng với các tia \(AD, AB, AA'\).
- Giả sử hình lập phương có cạnh bằng \(1\). Khi đó:
+ Vectơ đơn vị trên các trục tương ứng là \(\vec{i}, \vec{j}, \vec{k}\).
+ \(\overrightarrow{AD}\) cùng hướng với \(\vec{i} \Rightarrow \vec{a} = 10\vec{i} = (10; 0; 0)\).
+ \(\overrightarrow{AB}\) cùng hướng với \(\vec{j} \Rightarrow \vec{b} = 10\vec{j} = (0; 10; 0)\).
- Đối với lực \(\vec{c}\) cùng hướng với đường chéo \(\overrightarrow{AC'}\):
+ Tọa độ các điểm trong hệ tọa độ đơn vị: \(A(0;0;0)\), \(C'(1;1;-1)\) (do điểm \(C'\) nằm ở phía dưới mặt phẳng \(Ax y\) nếu chiều \(Az\) hướng lên, hoặc gọi độ dài cạnh hình lập phương để tính toán trực tiếp hình học).
- Xét bằng phương pháp hình học / vectơ trực tiếp:
+ Hợp lực của hai lực vuông góc \(\vec{a}\) và \(\vec{b}\) là \(\vec{F}_{ab} = \vec{a} + \vec{b}\). Vì \(\vec{a} \perp \vec{b}\) nên độ lớn \(F_{ab} = \sqrt{10^2 + 10^2} = 10\sqrt{2}\text{ N}\).
+ Vectơ \(\vec{F}_{ab} = \overrightarrow{AD} + \overrightarrow{AB} = \overrightarrow{AC}\) nằm trên mặt phẳng đáy \((ABCD)\).
+ Hình chiếu của đường chéo \(AC'\) lên mặt đáy \((ABCD)\) chính là đường chéo đáy \(AC\). Do đó, góc giữa đường chéo \(\overrightarrow{AC'}\) và đường chéo đáy \(\overrightarrow{AC}\) chính là góc \(\alpha = \widehat{CAC'}\) trong tam giác vuông \(ACC'\).
+ Trong hình lập phương cạnh \(x\), ta có \(AC = x\sqrt{2}\) và \(AC' = x\sqrt{3}\). Suy ra \(\cos\alpha = \frac{AC}{AC'} = \frac{x\sqrt{2}}{x\sqrt{3}} = \frac{\sqrt{6}}{3}\).
- Độ lớn hợp lực tổng hợp \(\vec{F} = \vec{F}_{ab} + \vec{c}\):
\[ F^2 = F_{ab}^2 + c^2 + 2 \cdot F_{ab} \cdot c \cdot \cos\alpha \]
\[ F^2 = (10\sqrt{2})^2 + 20^2 + 2 \cdot 10\sqrt{2} \cdot 20 \cdot \frac{\sqrt{6}}{3} \]
\[ F^2 = 200 + 400 + \frac{400\sqrt{12}}{3} = 600 + \frac{800\sqrt{3}}{3} \approx 600 + 461,88 = 1061,88 \]
\[ F = \sqrt{1061,88} \approx 32,586\text{ (N)} \]
- Làm tròn kết quả đến hàng phần mười ta được: \(32,6\).