VẬT CHUYỂN ĐỘNG DƯỚI TÁC DỤNG CỦA NHIỀU LỰC
1. PHƯƠNG PHÁP
+ ĐL II Niu-tơn: \(\overset{\to }{\mathop{{{F}_{1}}}}\,+\overset{\to }{\mathop{{{F}_{2}}}}\,+...+\overset{\to }{\mathop{{{F}_{n}}}}\,=m\overset{\to }{\mathop{a}}\,\).
+ Trọng lực: \(\overrightarrow{P}=m\overrightarrow{g}\).
+ ĐL III Niu-tơn: \(\overrightarrow{{{F}_{AB}}}=-\overrightarrow{{{F}_{BA}}}\).
+ Lực ma sát: Fms = mN.
* Phương pháp giải
+ Vẽ hình, xác định các lực tác dụng lên vật.
+ Viết biểu thức (véc tơ) của định luật II Niu-tơn cho vật.
+ Dùng phép chiếu để chuyển biểu thức véc tơ về biểu thức đại số.
+ Giải phương trình hoặc hệ phương trình để tìm các ẩn số.
2. BÀI TẬP VÍ DỤ
Bài 1: Một vật nhỏ khối lượng m chuyển động theo trục Ox (trên một mặt ngang), dưới tác dụng của lực F nằm ngang có độ lớn không đổi. Xác định gia tốc chuyển động của vật trong hai trường hợp:
a. Không có ma sát.
b. Hệ số ma sát trượt trên mặt ngang bằng μt
Hướng dẫn:
- Các lực tác dụng lên vật: Lực kéo F, lực ma sát Fms , trọng lực P, phản lực N
- Chọn hệ trục tọa độ: Ox nằm ngang, Oy thẳng đứng hướng lên trên.
Phương trình định luật II Niu-tơn dưới dạng vectơ:
\(\overrightarrow{F}+\overrightarrow{{{F}_{ma}}}+\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}=m\overrightarrow{a}(1)\)
Chiếu (1) lên trục Ox:
F – Fms = ma (2)
Chiếu (1) lên trục Oy:
- P + N = 0 (3)
N = P và Fms = μt.N
Vậy:
+ Gia tốc a của vật khi có ma sát là:
\(a=\frac{F-{{F}_{ms}}}{m}=\frac{F-{{\mu }_{t}}.m.g}{m}\)
+ Gia tốc a của vật khi không có ma sát là:
\(a=\frac{F}{m}\)
Bài 2: Một học sinh đẩy một hộp đựng sách trượt trên sàn nhà. Lực đẩy ngang là 180 N. Hộp có khối lượng 35 kg. Hệ số ma sát trượt giữa hộp và sàn là 0,27. Hãy tìm gia tốc của hộp. Lấy g = 9,8 m/s2.
Hướng dẫn:
Hộp chịu tác dụng của 4 lực: Trọng lực P , lực đẩy F, lực pháp tuyến N và lực ma sát trượt của sàn.
Áp dụng định luật II Niu-tơn theo hai trục toạ độ:
Ox: Fx = F – Fms = max = ma
Oy: Fy = N – P = may = 0
Fms = μN
Giải hệ phương trình:
N = P = mg = 35.9,8 = 343 N
Fms = μN= 0.27. 343 = 92.6 N
a = 2,5 m/s2 hướng sang phải.
Bài 3: Một quyển sách được thả trượt từ đỉnh của một bàn nghiêng một góc α = 35° so với phương ngang. Hệ số ma sát trượt giữa mặt dưới của quyển sách với mặt bàn là μ = 0.5. Tìm gia tốc của quyển sách. Lấy g = 9.8 m/s2.
Hướng dẫn:
Quyển sách chịu tác dụng của ba lực: trọng lực F , lực pháp tuyến N và lực ma sát Fms của mặt bàn.
Áp dụng định luật II Niu-tơn theo hai trục toạ độ.
Ox: Fx = Psinα – Fms = max = ma
Oy: Fy = N – Pcosα = may = 0
Fms = μN
Giải hệ phương trình ta được:
a = g. (sinα - μcosα) = 9.8.(sin35° - 0,50.cos35°)
⇒ a = l.6 m/s2, hướng dọc theo bàn xuống dưới.
Bài 4: Hai quả cầu chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang, quả cầu 1 chuyển động với vận tốc 4 m/s đến va chạm vào quả cầu 2 đang đứng yên. Sau va chạm cả hai quả cầu cùng chuyển động theo hướng cũ của quả cầu 1 với cùng vận tốc 2 m/s. Tính tỉ số khối lượng của hai quả cầu.
Hướng dẫn:
Ta có:
\({{v}_{1}}=4m/s;{{v}_{1}}'=2m/s;{{v}_{2}}=0m/s;{{v}_{2}}'=2m/s\)
Gọi t là thời gian tương tác giữa hai quả cầu và chọn chiều dương là chiều chuyển động của quả cầu 1. Áp dụng định luật 3 Niu Tơn ta có:
\({{m}_{2}}{{a}_{2}}={{m}_{1}}{{a}_{1}}\Rightarrow \frac{{{m}_{1}}({{v}_{1}}'-{{v}_{1}})}{t}=\frac{{{m}_{2}}({{v}_{2}}'-{{v}_{2}})}{t}\)
Vậy m1/m2 = 1
Bài 5: Trên mặt nằm ngang không ma sát xe một chuyển động với độ lớn vận tốc 5 m/s đến va chạm vào xe hai đang đứng yên. Sau va chạm xe một bật lại với vận tốc 150 cm/s; xe hai chuyển động với vận tốc 200 cm/s. Biết khối lượng xe hai là 400g; tính khối lượng xe một?
Hướng dẫn:
Ta có v1 = 5m/s; v’1 = 1.5 m/s; v2 = 0; v’2 = 2 m/s; m2 = 0.4 kg
Gọi t là thời gian tương tác giữa hai xe
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của xe một trước va chạm
Áp dụng định luật 3 Newton ta có:
Bài 6: Một xe A đang chuyển động với vận tốc 3.6 km/h đến đụng vào mộ xe B đang đứng yên. Sau khi va chạm xe A dội ngược lại với vận tốc 0.1 m/s còn xe B chạy tiếp với vận tốc 0.55 m/s. Cho mB = 200g; tìm mA?
Hướng dẫn:
Chọn chiều dương là chiều chuyển động ban đầu của xe A
Áp dụng định luật 3 Newton cho hai xe trên ta có
3. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
1. Một vật có khối lượng 0,5 kg chuyển động nhanh dần đều với vận tốc ban đầu 2 m/s. Sau thời gian 4 giây nó đi được quãng đường 24 m. Biết rằng vật luôn chịu tác dụng của lực kéo FK và lực cản FC = 0,5 N.
a) Tính độ lớn của lực kéo.
b) Nếu sau thời gian 4 giây đó, lực kéo ngưng tác dụng thì sau bao lâu vật dừng lại?
2. Một ôtô có khối lượng 4 tấn đang chuyển động với vận tốc18 km/h thì tăng tốc độ, sau khi đi được quãng đường 50 m, ôtô đạt vận tốc 54 km/h. Biết hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường là m = 0,05. Tính lực kéo của động cơ ôtô trong thời gian tăng tốc, thời gian từ lúc tăng tốc đến lúc đạt vận tốc 72 km/h và quãng đường ôtô đi được trong thời gian đó.
3. Một vật có khối lượng m = 1500 g được đặt trên một bàn dài nằm ngang. Biết hệ số ma sát giữa vật và mặt bàn là m = 0,2. Lấy g = 10 m/s2. Tác dụng lên vật một lực F = 4,5 N song song với mặt bàn.
a) Tính gia tốc, vận tốc chuyển động của vật sau 2 giây kể từ khi tác dụng lực.
b) Lực F chỉ tác dụng lên vật trong trong 2 giây. Tính quãng đường tổng cộng mà vật đi được cho đến khi dừng lại.
...
---(Nội dung đầy đủ và chi tiết, các em vui lòng xem tại online hoặc tải về)---
Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu Chuyên đề Vật chuyển động dưới tác dụng của nhiều lực môn Vật Lý 10 năm 2021. Để xem thêm nhiều tư liệu hữu ích khác, các em đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
