Bài tập về lực ma sát

1.Lý thuyết

1. Lực ma sát trượt

    a) Sự xuất hiện 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, cản trở chuyển động của vật.

    b) Cách xác định độ lớn của lực ma sát trượt

    Móc lực kế vào vật rồi kéo theo phương ngang cho vật trượt gần như thẳng đều. Khi đó, lực kế chỉ độ lớn của lực ma sát trượt tác dụng vào vật.

    c) Đặc điểm của độ lớn của ma sát trượt

    - Không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ của vật.

    - Tỉ lệ với độ lớn của áp lực.

    - Phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc.

    d) Hệ số ma sát trượt

    Hệ số tỉ lệ giữa độ lớn của lực ma sát trượt và độ lớn của áp lực được gọi là hệ số ma sát trượt. Kí hiệu là 

    Hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc.

    e) Công thức của lực ma sát trượt

    f) Vai trò của lực ma sát trượt

    * Có lợi

    - Khi hãm phanh (thắng), bộ phận hãm (thắng) sẽ được áp sát vào bề mặt bánh xe đang chuyển động. Lực ma sát sinh ra giữa má phanh và bánh xe làm cho quay chậm lại, cản trở bớt sự quay của bánh xe. Khi đó xuất hiện sự trượt trên mặt đường, lực ma sát trượt do mặt đường tác dụng sẽ làm xe đi chậm và dừng lại hẳn.

    - Ma sát trượt ứng dụng trong việc mài nhẵn các bề mặt cứng như kim loại hoặc gỗ. Đá mài là một loại vật liệu khá cứng, được làm sần sùi làm tăng ma sát. Khi đưa vào máy mài, nó chuyển động rất nhanh, gây ra ma sát với vật được tiếp xúc và chính lực ma sát này sẽ mài mòn các bề mặt các vật, làm cho bề mặt vật nhẵn hơn.

    - Ở vĩ cầm (đàn violon), khi cọ xát cần kéo trên dây đàn thì giữa chúng xuất hiện lực ma sát trượt làm dây đàn dao động và phát ra âm thanh.

    * Có hại:

    Ma sát trượt cản trở chuyển động, làm mòn các chi tiết máy. Vì vậy trong các chi tiết máy bao giờ cũng được tra dầu mỡ công nghiệp vào các bộ phận nhằm hạn chế ít nhất tác hại của ma sát trượt khi các chi tiết máy vận hành.

2. Lực ma sát lăn

    - Lực ma sát lăn xuất hiện khi một vật lăn trên mặt một vật khác để cản trở chuyển động lăn của vật.

    - Hệ số ma sát lăn nhỏ hơn rất nhiều lần hệ số ma sát trượt.

    - Vai trò của lực ma sát lăn:

    Vì lực ma sát lăn rất nhỏ so với lực ma sát trượt nên để hạn chế tác hại của ma sát trượt, người ta tìm cách thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn nhờ các ổ bi, con lăn… Ma sát lăn giúp cho vật chuyển động dễ dàng hơn.

    Sử dụng con lăn để di chuyển thùng hàng

    Chế tạo ổ bi, ổ trục giúp giảm thiểu sự mài mòn của trục bánh xe

3. Lực ma sát nghỉ

    a) Sự xuất hiện của lực ma sát nghỉ

    Lực ma sát nghỉ xuất hiện khi một vật nằm yên trên bề mặt vật khác.

    b) Những đặc điểm của lực ma sát nghỉ

    - Lực ma sát nghỉ có:

        + Điểm đặt lên vật (sát bề mặt tiếp xúc).

        + Phương song song với mặt tiếp xúc.

        + Chiều ngược chiều với lực (hợp lực) của ngoại lực (các ngoại lực và thành phần của ngoại lực song song với bề mặt tiếp xúc) hoặc chiều chuyển động của vật.

    - Khi lực tác dụng song song với mặt tiếp xúc lớn hơn một giá trị nào đó thì vật sẽ trượt. Như vậy:

    F_{msn max} = F_mst

    Lực ma sát nghỉ cực đại xấp xỉ bằng lực ma sát trượt và có thể dùng công thức tính lực ma sát trượt để tính lực ma sát nghỉ cực đại

    c) Vai trò của lực ma sát nghỉ

    Lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực phát động giúp các vật chuyển động. Khi bước đi, chân phía sau sẽ tác dụng vào đất một lực F. Ở chỗ đường tốt, mặt đường sẽ tác dụng lực Fmsn hướng về phía trước, giữ cho chân khỏi trượt trên mặt đất. Trường hợp thiếu ma sát nghỉ, lực từ chân người tác dụng vào đất về phía sau, mà không có lực nào giữ chân lại sẽ làm cho chân sau và cả thân người ngã nhào về sau.

    Nhờ có ma sát nghỉ mà ta có thể sử dụng hệ thống bằng chuyền để đưa vật từ nơi này đến nơi khác. Bởi nếu không có ma sát nghỉ thì thành phần trọng lực nằm ngang sẽ kéo vật đi xuống chân mặt phẳng nghiêng.

    Nhờ có ma sát nghỉ ta mới có thể cầm nắm được các vật trên tay, đinh mới giữ lại được ở tường…

    Để truyền chuyển động quay của động cơ ra ngoài làm quay các máy công cụ, người ta nối trục quay của động cơ với trục quay của máy bằng dây cua roa. Nhờ lực ma sát nghỉ giữa dây cua roa và vô lăng mà dây cua roa không bị trượt và làm máy công cụ quay theo động cơ.

2.Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1: Cho một vật có khối lượng 10kg đặt trên một sàn nhà. Một người tác dụng một lực là 30N kéo vật theo phương ngang, hệ số ma sát giữa vật và sàn nhà là μ = 0,2. Cho g = 10m/s². Tính gia tốc của vật.

Lời giải:

Chọn hệ quy chiếu Oxy như hình vẽ, chiều dương (+) Ox là chiều chuyển động 

Áp dụng định luật II Newton 

Ta có  

Chiếu lên trục Ox: F - f_{ms = ma}

Chiếu lên trục Oy: 

N - P = 0 => N = mg = 10.10 = 100N

=> f_ms = μ.N = 0,2.100 = 20N            

Thay vào (1) ta có: 30 - 20 = 10a => a = 1(m/s²) 

Ví dụ 2: Cho một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc 25m/s trên mặt phẳng nằm ngang thì trượt lên dốc. Biết dốc dài 50m, cao 14m và hệ số ma sát giữa vật và dốc là μ = 0,25. Lấy g=10m/s². Xác định gia tốc của vật khi lên dốc?

Lời giải:

Chọn hệ quy chiếu Oxy như hình vẽ, chiều dương là chiều chuyển động

Vật chịu tác dụng của các lực  

Theo định luật II newton ta có:  

Chiếu Ox ta có:

-P_x - f_ms = ma => -Psinα - μN = ma     (1)  

Chiếu Oy: N = P_y = Pcosα           (2)

 Thay (2) vào (1):

=> -Psinα - μPcosα = ma => a = -gsinα - μgcosα  

Mà  

3.Bài tập tự luyện

Câu 1. Một vật trượt được một quãng đường s = 48 m thì dừng lại. Biết lực ma sát trượt bằng 0,06 lần trọng lượng của vật và g =10 m/s². Cho chuyển động của vật là chuyển động thẳng chậm dần đều. Vận tốc ban đầu của vật

A. = 7,589 m/s.

B. = 75,89 m/s.

C. = 0,7589 m/s.

D. = 5,3666m/s.

Câu 2. Một người đẩy một vật trượt thẳng đều trên sàn nhà nằm ngang với một lực có phương ngang với độ lớn 300 N. Khi đó, độ lớn của lực ma sát trượt tác dụng lên vật sẽ

A. lớn hơn 300 N.

B. nhỏ hơn 300 N.

C. bằng 300 N.

D. bằng trọng lượng

Câu 3. Trong cuộc sống, có những tình huống lực ma sát có lợi nhưng có những tình huống lực ma sát có hại. Tình huống nào lực ma sát xuất hiện có hại?

A. viết bảng.

B. đi bộ trên đường nhựa.

C. đi trên đường đất trời mưa.

D. thêm ổ bi vào các trục quay.

Câu 4. Một vật có khối lượng 5 tấn đang chuyển động trên đường nằm ngang có hệ số ma sát của xe và mặt đường là 0,2. Lấy g = 10 m/s². Độ lớn của lực ma sát là?

A. 1000 N.

B. 10000 N.

C. 100 N.

D. 10 N.

Câu 5. Một ô tô đang chuyển động trên đường thẳng ngang với vận tốc 54 km/h thì tắt máy. Biết hệ số ma sát lăn giữa bánh xe và mặt đường là μ = 0,01. Lấy g = 10 m/s². Thời gian từ lúc tắt xe máy đến lúc dừng lại là

A. 180 s. $\Rightarrow F_{mst}={\mu }_{t}N=0,01.mg$

B. 90 s.

C. 100 s.

D. 150 s.