Giải bài tập SGK Vật lý 10 Nâng cao Bài 20: Lực ma sát

Hãy chọn câu đúng

Chiều của lực ma sát nghỉ

A. Ngược chiều với vận tốc của vật

B. Ngược chiều với gia tốc của vật

C. Ngược chiều với thành phần ngoại lực song song với mặt tiếp xúc.

D. Vuông góc với mặt tiếp xúc. 

Phương pháp giải

Lực ma sát nghỉ có tác dụng giữ cho vật đứng yên, do đó chiều của nó sẽ ngược lại với chiều ngoại lực tác dụng

Hướng dẫn giải

- Chiều của lực ma sát nghỉ ngược chiều với thành phần ngoại lực song song với mặt tiếp xúc.

- Chọn đáp án C.

Chọn biểu thức đúng về lực ma sát trượt

A. \(\overrightarrow {{F_{mst}}} = {\mu _1}\vec N\)

B. \(\overrightarrow {{F_{mst}}} = - {\mu _1}\vec N\)

C. \(\overrightarrow {{F_{mst}}} \le {\mu _1}N\)

D. \({F_{mst}} = {\mu _1}N\)

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được công thức tính lực ma sát trượt

Hướng dẫn giải

- Lực ma sát trượt có độ lớn: \({F_{mst}} = {\mu _y}N\)

Với μ_t là hệ số ma sát trượt (phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc, nó không có đơn vị và dùng để tính độ lớn lực ma sát).

- Chọn đáp án D.

Một ô tô khối lượng 1,5 tấn chuyển đông thẳng đều trên đường. Hệ số ma sát lăn giữa bánh xe và mặt đường là 0,08. Tính lực phát động đặt vào xe. 

Phương pháp giải

Tính lực tác động đặt vào xe theo công thức:

\(\begin{array}{l} F = {F_{msl}} = \mu .N = \mu .mg \end{array}\)

Hướng dẫn giải

- Trọng lực và phản lực của mặt đường tác dụng vào ô tô cân bằng nhau nên:

\(\begin{array}{l} \vec P + \vec N = \vec 0\\ = > {\mkern 1mu} N = P = mg \end{array}\)

- Ô tô chuyển động thẳng đều nên:

\(\begin{array}{l} a = \frac{{F - {F_{msl}}}}{m} = 0\\ < = > F = {F_{msl}} = \mu .N = \mu .mg \end{array}\)

- Lực phát động: 

\(F = 0,08.1500.9,81 \approx 1177{\mkern 1mu} N\)

Một xe ô tô đang chạy trên đường lát bê tông với vận tốc v₀ = 100km/h thì hãm lại. Hãy tính quãng đường ngắn nhất mà ô tô có thể đi cho tới lúc dừng lại trong hai trường hợp:

a) Đường khô, hệ số ma sát trượt giữa lốp xe với mặt đường là μ_t = 0,7.

b) Đường ướt μ_t = 0,5. 

Phương pháp giải

Dựa vào định luật II Niuton, ta tính quãng đường ô tô đi được đến lúc dừng lại theo công thức:

\(\begin{array}{l} S = \frac{{ - v_0^2}}{{2a}} = \frac{{v_0^2}}{{2{\mu _t}.g}} \end{array}\)

Áp dụng công thức tính cho câu a và b với hệ số ma sát tương ứng

Hướng dẫn giải

Ô tô đi được quãng đường ngắn nhất trước khi dừng lại nếu ta hãm phanh gấp đến mức bánh xe trượt mà không lăn. Lúc này lực hãm là lực ma sát trượt.

Áp dụng công thức định luật II Niuton:

\(\begin{array}{l} a = - \frac{{{F_{mst}}}}{m} = - \frac{{{\mu _t}.mg}}{m} = - {\mu _t}.g\\ S = \frac{{ - v_0^2}}{{2a}} = \frac{{ - v_0^2}}{{2( - {\mu _t}.g)}} = \frac{{v_0^2}}{{2{\mu _t}.g}} \end{array}\)

a) \({\mu _t} = {\rm{ }}0,7.\)

\(S = \frac{{{{(\frac{{100}}{{3,6}})}^2}}}{{2.0,7.9,81}} \approx 56,2(m)\)

b) \({\mu _t} = {\rm{ }}0,5.\)

\(S = \frac{{{{(\frac{{100}}{{3,6}})}^2}}}{{2.0,5.9,81}} \approx 56,2(m)\)

Một vật khối lượng m = 400g đặt trên mặt bàn nằm ngang (hình 20.6). Hệ số ma sát trượt giữa vật và mặt bàn là μ_t = 0,3. Vật bắt đầu được kéo đi bằng một lực F = 2N có phương nằm ngang.

a) Tính quãng đường vật đi được sau 1s.

b) Sau đó, lực F ngừng tác động. Tính quãng đường vật đi tiếp cho tới lúc dừng lại. 

Phương pháp giải

Áp dụng định luật II để tìm gia tốc của vật theo công thức:

\(\begin{array}{l} {a_1} = \frac{{F - \mu mg}}{m} \end{array}\)

a) Tính quãng đường vật đi được khi có tác dụng theo công thức:

\({S_1} = \frac{{{a_{1.}}{t_1}^2}}{2} \)

b) Khi ngừng tác dụng lực:

Áp dụng công thức: \({S_2} = - \frac{{{v_1}^2}}{{2{a_2}}} \) để tính quãng đường vật đi được đến lúc dừng

Hướng dẫn giải

Ta có: \( {F_{ms}} = \mu mg\)

Chọn chiều dương là chiều lực \(\vec F\)

Áp định luật II Newton ta có:

\(\begin{array}{l} {a_1} = \frac{{F - {F_{ms}}}}{m}\\ = \frac{{F - \mu mg}}{m} = \frac{{2 - 0,3.0,4.9,81}}{{0,4}}\\ \approx 2,06(m/{s^2}) \end{array}\)

a) Quãng đường vật đi được sau 1s: 

Với v₀ = 0 thì \({S_1} = \frac{{{a_{1.}}{t_1}^2}}{2} = \frac{{2,{{06.1}^2}}}{2} = 1,03(m)\)

b) Khi lực \(\vec F\)ngừng tác dụng thì : 

\({a_2} = - \mu g = - 0,3.9,81 \approx - 2,94(m/{s^2})\)

Với vận tốc v₁ = a₁t₁ = 2,06 (m/s) và v₂ = 0 thì:

\({S_2} = - \frac{{{v_1}^2}}{{2{a_2}}} = \frac{{ - 2,{{06}^2}}}{{2( - 2,94)}} \approx 0,72(m)\)