Lý thuyết Vật lý 10 bài 18 KNTT

Lực ma sát

Lý thuyết Vật lý lớp 10 bài 18: Lực ma sát được chúng tôi sưu tầm và tổng hợp các câu hỏi lí thuyết và trắc nghiệm có đáp án đi kèm nằm trong chương trình giảng dạy môn Vật lý lớp 10 sách Kết nối tri thức. Mời quý thầy cô cùng các bạn tham khảo tài liệu dưới đây.

A. Lý thuyết Vật lý 10 bài 18

1. Lực ma sát nghỉ

Lực ma sát nghỉ là lực ma sát tác dụng lên mặt tiếp xúc của vật, ngăn không cho vật chuyển động trên một bề mặt, khi vật chịu tác dụng của lực song song với bề mặt (Hình 18, 10, khi lực tác dụng có độ lớn đạt tới một giá trị nhất định thì vật bắt đầu chuyển động.

Hình 18.1

2. Lực ma sát trượt

Ở lớp 6 ta đã biết, lực ma sát trượt là lực ma sát cản trở vật trượt trên bề mặt tiếp xúc (Hình 18.3).

Hình 18.3

Các thí nghiệm dưới đây sẽ giúp các em tìm hiểu thêm một số đặc điểm của lực ma sát trượt.

a. Đặc điểm của lực ma sát trượt

- Lực ma sát trượt xuất hiện ở mặt tiếp xúc khi vật chuyển động trượt trên một bề mặt.

- Lực ma sát trượt có hướng ngược hướng với vận tốc, làm cản trở chuyển động của vật.

b. Công thức của lực ma sát trượt

- Hệ số ma sát trượt

+ Tỉ số giữa độ lớn của lực ma sát trượt Fms và áp lực N gọi là hệ số ma sát trượt, kí hiệu là $\mu$ $\mu$.

+ Hệ số μ phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc [xem Bảng 18.3]

Bảng 18.3. Hệ số ma sát trượt (gần đúng) của một số cặp vật liệu

- Công thức tính lực ma sát trượt: F_ms= μ.N

+ Trong các điều kiện cùng áp lực N, thì lực ma sát nghỉ tác dụng vào các vật lăn, nhỏ hơn lực ma sát trượt tác dụng lên các vật trượt rất nhiều.

3. Bài tập ví dụ

Một người đi xe đạp có khối lượng tổng cộng m = 86 kg đang chuyển công trên đường nằm I ngang với vận tốc v = 4 m/s. Nếu người đi xe đạp và hãm phanh để giữ không cho các bánh xe quay, xe trượt đi một đoạn đường 2 m thì chừng lại.

1. Lực nào đã gây ra gia tốc cho xe? Tính lực này.

2. Tính hệ số ma sát trượt giữa mặt đường và lốp xe? Lấy g = 10 m/s²

Giải

Khi tính lực và gia tốc, ta coi người + xe là chất điểm

1. Gia tốc của chuyển động được tính bằng công thức:

$a = \frac{{v_2^2 - v_1^2}}{{2s}} = \frac{{0 - 16}}{{2.2}} = - 4m/{s^2}$ $a = \frac{{v_2^2 - v_1^2}}{{2s}} = \frac{{0 - 16}}{{2.2}} = - 4m/{s^2}$

Lực gây ra gia tốc này là lực ma sát trượt của mặt đường tác dụng lên lốp xe :

F = m.a = 86.(-4) = -344

2. Hệ số ma sát trượt giữa lốp xe với mặt đường được tính từ công thức:

${F_{ms}} = \mu .N \to \mu = \frac{{{F_{ms}}}}{N}$ ${F_{ms}} = \mu .N \to \mu = \frac{{{F_{ms}}}}{N}$, vì ô tô chuyển động trên đường nằm ngang nên N = P = m.g

$\to \mu = \frac{{344}}{{86.10}} = 0,4$ $\to \mu = \frac{{344}}{{86.10}} = 0,4$

4. Lực ma sát trong đời sống

Trong cuộc sống lực ma sát có thể có ích, có thể có hại cần làm tăng lực ma sát khi nó có lợi và giảm lực ma sát khi nó có hại

a. Ma sát có thể có hại

- Ma sát làm mòn giày ta đi,

- Ma sát làm mòn sên và líp của xe đạp …

- Các biện pháp làm giảm lực ma sát: Bôi trơn bằng dầu, mỡ.

b. Lực ma sát có ích

- Bảng trơn nhẵn quá không thể dùng phấn viết lên bảng được.

- Không có ma sát giữa mặt răng của ốc và vít thì con ốc sẽ quay lỏng dần khi bị dùng. Nó không còn có tác dụng ép chặt các mặt cần ép.

- Khi đánh diêm nếu không có lực ma sát đầu que diêm sẽ trượt trên mặt sườn của que diêm, không phát ra lửa.

B. Bài tập minh họa

Bài 1: Một xe điện đang chạy với vận tốc 36 km/h thì bị hãm lại đột ngột. Bánh xe không lăn nữa mà chỉ trượt lên đường ray. Kể từ lúc hãm, xe điện còn đi được bao xa thì dừng lại? Biết hệ số ma sát trượt giữa bánh xe và đường ray là 0,2. Lấy g = 9,8m/s².

Hướng dẫn giải

Đổi 36 km/h = 10 m/s

Kể từ lúc hãm xe, lực ma sát đóng vai trò cản trở chuyển động khiến xe dừng lại.

Chọn chiều dương cùng chiều chuyển động.

Áp dụng định luật II Niuton ta có:

${\overrightarrow F _{m{\rm{s}}}} + \overrightarrow P + \overrightarrow N = m\overrightarrow a$ ${\overrightarrow F _{m{\rm{s}}}} + \overrightarrow P + \overrightarrow N = m\overrightarrow a$(*)

Chiếu phương trình (*) lên chiều dương ta được:

$- {F_{m{\rm{s}}}} = ma \Leftrightarrow - \mu mg = ma\\ \Leftrightarrow a = - \mu g = - 0,2.9,8 = - 1,96m/{s^2}$ $- {F_{m{\rm{s}}}} = ma \Leftrightarrow - \mu mg = ma\\ \Leftrightarrow a = - \mu g = - 0,2.9,8 = - 1,96m/{s^2}$

Quãng đường vật đi được kể từ khi hãm phanh đến khi dừng hẳn là:

$s = \frac{{{v^2} - v_0^2}}{{2a}} = \frac{{{0^2} - {{10}^2}}}{{2.\left( { - 1,96} \right)}} = 25,51m$ $s = \frac{{{v^2} - v_0^2}}{{2a}} = \frac{{{0^2} - {{10}^2}}}{{2.\left( { - 1,96} \right)}} = 25,51m$

Bài 2: Vật đặt trên đỉnh dốc dài 165m, hệ số ma sát 0,2, góc nghiêng dốc là α.

a) Với giá trị nào của α thì vật nằm yên không trượt?

b) Cho $\alpha = {30^0}$ $\alpha = {30^0}$. Tìm vận tốc vật ở chân dốc.

Cho $\tan {11^0} = 0,2;\cos {30^0} = 0,85$ $\tan {11^0} = 0,2;\cos {30^0} = 0,85$

Hướng dẫn giải

a) Để vật nằm yên không trượt thì:

$\tan \alpha \le \mu \Leftrightarrow \tan \alpha \le 0,2 \Leftrightarrow \alpha \le {11^0}$ $\tan \alpha \le \mu \Leftrightarrow \tan \alpha \le 0,2 \Leftrightarrow \alpha \le {11^0}$

b) Vận tốc khi vật ở chân dốc là:

$v = \sqrt {2{\rm{a}}s} = \sqrt {\frac{{2gl\left( {\sin \alpha - \mu \cos \alpha } \right)}}{{\sin \alpha }}} \\= \sqrt {\frac{{2.10.165\left( {\sin {{30}^0} - 0,2.\cos {{30}^0}} \right)}}{{\sin {{30}^0}}}} = 33m/s$ $v = \sqrt {2{\rm{a}}s} = \sqrt {\frac{{2gl\left( {\sin \alpha - \mu \cos \alpha } \right)}}{{\sin \alpha }}} \\= \sqrt {\frac{{2.10.165\left( {\sin {{30}^0} - 0,2.\cos {{30}^0}} \right)}}{{\sin {{30}^0}}}} = 33m/s$