Giải SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 20: Một số ví dụ về cách giải các bài toán thuộc phần động lực học

Bài tập 1 trang 82 Vật Lí 10: Người ta đẩy một cái thùng có khối lượng 55 kg theo phương ngang với lực 220 N làm thùng chuyển động trên mặt phẳng ngang. Hệ số ma sát trượt giữa thùng và mặt phẳng là 0,35. Tính gia tốc của thùng. Lấy g = 9,8 m/s2.

Lời giải:

Bài tập 2 trang 82 Vật Lí 10: Một quyển sách đặt trên mặt bàn nghiêng và được thả cho trượt xuống. Cho biết góc nghiêng α = 30o so với phương ngang và hệ số ma sát giữa quyển sách và mặt bàn là µ = 0,3. Lấy g = 9,8 m/s2. Tính gia tốc của quyển sách và quãng đường đi được của nó sau 2 s.

Lời giải:

Ta coi quyển sách như là một chất điểm và chịu tác dụng với 3 lực là trọng lực p→, phản lực N→ và lực ma sát trượt Fms−→−

Áp dụng định luật 2 Newton cho chuyển động của vật theo 2 trục Ox và Oy. Ta có :

Giải hệ hương trình a= g.(sin α - μ .cosα) = 9,8 (sin 30∘- 0,3.cos30∘) = 2,36 (m/s2)

Á dụng công thức : d= 12.a.t2 = 12.2,36. 22= 4,68 (m)

Bài tập 3 trang 82 Vật Lí 10: 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 30o so với phương ngang. Hệ số ma sát trượt giữa đáy thùng và mặt sàn là µ = 0,2 (lấy g = 9,8 m/s2). Hãy xác định độ lớn của lực kéo để thùng sách chuyển động thẳng đều.

Lời giải:

Coi thùng hàng là chất điểm, phân tích các lực tác dụng lên thùng hàng tại trọng tâm gồm có: lực kéo, trọng lực, phản lực, lực ma sát.

Chọn hệ trục tọa độ Oxy như hình vẽ:

- Vật chuyển động thẳng đều.

- Áp dụng định luật 2 Newton cho chuyển động của vật theo hai trục Ox, Oy:

$\{\begin{array}{c}Ox:F_x=F.\cos \alpha -F_{ms}=m.a_x=0\left(1\right)\\ Oy:F_y=N+F.\sin \alpha -P=0\left(2\right)\end{array}$

Mà Fms = µ.N

Giải hệ phương trình có:

Từ (2) => N = P - F.sinα = mg - F.sinα

=> Fms = µ.N = µmg - µF.sinα

Thay vào (1) ta được:

F.cosα - µmg + µF.sinα = 0 => F = $\frac{\mu mg}{\cos \alpha +\mu .\sin \alpha }$ = 20,3N

Bài tập 4 trang 82 Vật Lí 10: Hai vật có khối lượng lần lượt là m1 = 5 kg và m2 = 10 kg được nối với nhau bằng một sợi dây không dãn và được đặt trên một mặt sàn nằm ngang. Kéo vật 1 bằng một lực $\overrightarrow{F}$ nằm ngang có độ lớn F = 45 N. Hệ số ma sát giữa mỗi vật và mặt sàn là µ = 0,2. Lấy g = 9,8 m/s2. Tính gia tốc của mỗi vật và lực căng của dây nối.

Lời giải:

Coi các vật là chất điểm, phân tích các lực tác dụng lên các vật tại trọng tâm của chúng gồm có:

Vật 1: lực kéo, trọng lực, phản lực, lực ma sát, lực căng dây.

Vật 2: lực căng dây, phản lực, lực ma sát, trọng lực.

Chọn hệ trục tọa độ Oxy như hình vẽ:

Vật 1:

- Áp dụng định luật 2 Newton cho chuyển động của vật 1 theo hai trục Ox, Oy:

$\{\begin{array}{c}Ox:F_x=F-F_{ms1}-T_1=m_1.a_x=m_1{a}_1\left(1\right)\\ Oy:F_y=N_1-P_1=0\left(2\right)\end{array}$

Mà Fms1 = µ.N1

Giải hệ phương trình có:

Từ (2) ta được: N1 = P1 = m1g

=> Fms1 = µ.N1 = µm1g

Thay vào (1) ta được:

=> F - µm1g - T1 = m1a1 => T1 = F - µm1g - m1a1

Vật 2:

- Áp dụng định luật 2 Newton cho chuyển động của vật 2 theo hai trục Ox, Oy:

$\{\begin{array}{c}Ox:F_x=T_2-F_{ms2}=m_2.a_x=m_2{a}_2\left(3\right)\\ Oy:F_y=N_2-P_2=0\left(4\right)\end{array}$

Mà Fms2 = µ.N2

Giải hệ phương trình có:

Từ (4) ta được: N2 = P2 = m2g

=> Fms2 = µ.N2 = µm2g

Thay vào (3) ta được:

=> T2 - µm2g = m2a2 => T2 = µm2g + m2a2

Do hệ 2 vật được nối với nhau bằng một sợi dây không dãn nên ta có:

T1 = T2 => F - µm1g - m1a1 = µm2g + m2a2

Bên cạnh đó hệ hai vật chuyển động với cùng gia tốc nên ta có: a1 = a2 = a

=> F - µm1g - m1a = µm2g + m2a => a = $\frac{F-\mu m_{1}g-\mu m_{2}g}{m_1+m_2}$ = 1,04m/s2

Lực căng dây nối: T1 = T2 = µm2g + m2a = 30N