Title CĐ08. PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC.pdf ✅

1 CĐ8. LỰC MA SÁT- PHƢƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC A. KIẾN THỨC CƠ BẢN I. Lực ma sát 1. Lực ma sát nghỉ + Điều kiện xuất hiện: Lực ma sát nghỉ xuất hiện khi một vật có xu hướng trượt (chưa trượt) trên mặt một vật khác do có ngoại lực tác dụng và có tác dụng cản trở lại xu hướng trượt của vật. + Đặc điểm: Lực ma sát nghỉ có: • gốc: trên vật có xu hướng trượt (chỗ tiếp xúc). • phương: tiếp tuyến với mặt tiếp xúc. • chiều: ngược chiều với ngoại lực tác dụng làm vật có xu hướng trượt. • độ lớn: luôn cân bằng với thành phần tiếp tuyển của ngoại lực; có giá trị cực đại tỉ lệ với áp lực ở mặt tiếp xúc: ( là hệ số ma sát nghỉ; N là áp lực). 2. Lực ma sát trƣợt + Điều kiện xuất hiện: Lực ma sát trượt xuất hiện khi một vật trượt trên mặt một vật khác và có tác dụng cản trở lại chuyển động trượt của vật. + Đặc điểm: Lực ma sát trượt có: • gốc: trên vật chuyển động trượt (chỗ tiếp xúc). • phương: tiếp tuyến với mặt tiến xúc. • chiều: ngược chiều với chuyển động trượt. • độ lớn: tỉ lệ với áp lực ở mặt tiếp xúc: ( là hệ số ma sát trượt). II. Phƣơng pháp động lực học Phương pháp vận dụng các định luật Niu-tơn và các lực cơ học để giải các bài toán về Động lực học gọi là phương pháp động lực học. Có thể vận dụng phương pháp này để giải hai bài toán chính của Động lực học như sau: - Bài toán thuận: Cho biết lực tác dụng vào vật, xác định chuyển động của vật (v, a, s, t...): Để giải bài toán loại này ta thực hiện các bước sau: + Chọn hệ quy chiếu và viết dữ kiện của bài toán. + Biểu diễn các lực tác dụng vào vật (coi vật là chất điểm). + Xác định gia tốc của vật: . + Dựa vào các điều kiện ban đầu, xác định chuyển động của vật. - Bài toán ngƣợc: Cho biết chuyển động của vật (v, a, s, t...), xác định lực tác dụng vào vật: Để giải bài toán loại này ta thực hiện các bước sau: + Chọn hệ quy chiếu và viết dữ kiện của bài toán. + Xác định gia tốc của vật từ các dữ kiện đã cho. + Xác định hợp lực tác dụng vào vật: F = ma. + Biết hợp lực, xác định được các lực tác dụng vào vật. msn n n msn max   F N; F N     n  mst t F N   t  F a m 
2 III. Bài tập chuyển động của hệ vật - Xác định hệ vật cần khảo sát. - Chọn hệ quy chiếu thích hợp. - Xác định các ngoại lực tác dụng vào hệ vật (ngoại lực: các lực do các vật ngoài hệ tác dụng lên các vật trong hệ). Vẽ hình. - Sử dụng phương trình định luật II Niu-tơn: là tổng vectơ các ngoại lực tác dụng lên hệ, là tổng khối lượng các vật của hệ. - Chiếu hệ thức vectơ trên lên chiều (+) đã chọn, tính được a. - Kết hợp với các điều kiện ban đầu, xác định các đại lượng khác theo yêu cầu của bài. * Chú ý: Để xác định các đại lượng cho từng vật ta khảo sát chuyển động của vật tương ứng. B. BÀI TẬP VÍ DỤ VD8. 1. Một quyển sách đặt trên mặt bàn nghiêng và được thả cho truợt xuống. Cho biết góc nghiêng 0   30 so với phương ngang và hệ số ma sát giữa quyển sách và mặt bàn là   0,3. Lấy g  9,8 m/s2 . Tính gia tốc của quyển sách và quãng đường đi được của nó sau 2s. Giải - Áp dụng định luật II Newton, ta có: F N P F ma     ms (1) - Chọn hệ Oxy như hình vẽ - Chiếu (1)/Oy, ta có: 0 cos       P N N P mg y y  - Chiếu (2)/Ox, ta có:     0 0 2 cos sin cos sin 9,8. 0,3cos30 sin 30 2,35 m/s F P ma ms x mg mg a m g                     - Quãng đường quyển sách đi được sau 2s: 2 2 0 1 1 .2,35.2 4,7 2 2 S v t at m     VD8. 2. Một vật có khối lượng m = 2kg đang nằm yên trên mặt bàn nằm ngang thì được kéo bằng một lức có độ lớn F = 10 N theo hướng tạo với mặt phẳng ngang một góc 0   30 . Biết lực ma sát giữa vật và mặt sàn là F N ms  7,5 . Tìm vận tốc của vật sau 5 giây kể từ lúc bắt đầu chịu lực tác dụng Giải 1 2 1 2 ... ; ... F F F a F m m m          m
3 - Áp dụng định luật II Newton: F F N P ma     ms 1 - Chọn hệ Oxy như hình vẽ - Chiếu (1)/Ox, ta có: 0 cos 10cos30 7,5 2 0,58 2 m/s ms x ms F F F F ma a m          a - Vận tốc của vật sau 5s: v v at     0 0 0,58.5 2,9 m/s VD8. 3. Một học sinh dùng dây kéo một thùng sách nặng 10 kg chuyển động trên mặt sàn nằm ngang. Dây nghiêng một góc chếch lên trên 450 so với phương ngang. Hệ số ma sát trượt giữa dây thùng và mặt sàn là   0,2 (lấy g  9,8 m/s2 ). Hãy xác định độ lớn của lực kéo để thùng sách chuyển động thẳng đều Giải - Thùng sách chuyển động thẳng đều nên a  0 - Áp dụng định luật II Newton, ta có: F F N P     ms 0 (1) - Chiếu (1)/Oy, ta có: 0 F N P N P F mg F y y         0 sin45 - Chiếu (2)/Ox, ta có:     0 0 0 0 cos 45 sin 45 0 cos 45 sin 45 0,2.10.9,8 13,85 2 2 F F ma F mg F x ms F mg mg F N                VD8. 4. Một người đi xe đạp có khối lượng tổng cộng m = 86 kg đang chuyển động trên đường nằm ngang với vận tốc v = 4 m/s. Nếu người đi xe ngừng đạp và hãm phanh để giữ không cho các bánh xe quay, xe trượt đi một đoạn 2 m thì dừng lại a) Lực nào đã gây ra gia tốc cho xe ? Tính lực này b) Tính hệ số ma sát trượt giữa mặt đường và lốp xe ? Lấy g = 10 m/s2 Giải a) Khi người đạp xe hãm phanh, lực gây ra gia tốc cho xe là lực ma sát giữa bánh xe với mặt đường - Gia tốc của xe: 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 4 2 4 2 2.2 m/s v v v v aS a S          (dấu “-“ chứng tỏ gia tốc ngược với chiều chuyển động) - Theo định luật II Newton: F ma N      86. 4 344   b) Độ lớn lực ma sát: 344 0,4 86.10 ms ms F F mg mg       
4 VD8. 5. Một ô tô khối lượng m = 1 tấn, chuyển động trên mặt đường nằm ngang. Hệ số ma sát lăn giữa xe và mặt đường là . Tính lực kéo của động cơ ô-tô trong mỗi trường hợp sau: a) Ô tô chuyển động thẳng đều. b) Ô tô chuyển động nhanh dần đều với gia tốc a = 2 m/s2 . Lấy g = 10 m/s2 . Giải: - Các lực tác dụng lên xe: trọng lực , phản lực , lực kéo của động cơ và lực ma sát lăn của mặt đường . - Theo định luật II Niu-tơn, ta có: (1) - Chiếu (1) lên phương thẳng đứng ta được: - - Chiếu (1) lên phương nằm ngang ta được: a) Khi ô tô chuyển động thẳng đều Ta có: . Vậy: Khi ô tô chuyển động thẳng đều thì lực kéo của động cơ ô tô là F = 1000 N. b) Khi ô tô chuyển động nhanh dần đều với gia tốc a = 2 m/s2 Ta có: . Vậy: Khi ô tô chuyển động nhanh dần đều với gia tốc a = 2 m/s2 thì lực kéo của động cơ ô tô là F = 3000 N. VD8. 1. Hai vật m1 = 5 kg, m2 = 10 kg nối với nhau bằng một dây nhẹ, đặt trên mặt phẳng nằm ngang không ma sát. Tác dụng lực nằm ngang F = 18 N lên vật m1. a) Phân tích lực tác dụng lên từng vật và dây. Tính vận tốc và quãng đường mỗi vật sau khi bắt đầu chuyển động 2s. b) Biết dây chịu lực căng tối đa 15 N. Hỏi khi hai vật chuyển động, dây có đứt không? c) Tìm độ lớn lực kéo để dây bị đứt. d) Kết quả của câu c có thay đổi không, nếu hệ số ma sát trượt giữa m1 và m2 với sàn là ? Giải: a) Lực tác dụng, vận tốc và quãng đường chuyển động của mỗi vật   0 1, P Q F F ms P Q F F ma ms     P Q Q P mg      0 ms ms F F ma F ma F      ms a F F mg , . . N       0 0 1100010 1000  F ma F ma mg m a g . , . N          ms     1000 2 0 110 3000   F 