Giải SGK Vật Lí 10 (Kết nối tri thức) Bài 18: Lực ma sát

Giải Vật Lí 10 Bài 18: Lực ma sát

Khởi động trang 72 Vật Lí 10: Điều gì ngăn cản thùng hàng (Hình a), khiến nó không thể di chuyển? Tại sao lực đẩy tăng lên (Hình b) mà vẫn không làm cho thùng hàng di chuyển?

Có cách nào làm cho thùng hàng di chuyển dễ dàng hơn không?

Lời giải:

- Lực ma sát giữa phần tiếp xúc giữa thùng hàng và mặt sàn đã ngăn cản chuyển động của thùng hàng (Hình a) khiến nó không thể di chuyển.

- Khi lực đẩy tăng lên (Hình b) mà thùng hàng vẫn không di chuyển là do độ lớn lực đẩy này chưa thắng được lực ma sát.

- Để di chuyển thùng hàng dễ dàng hơn, ta có thể đặt thùng hàng lên xe lăn và đẩy đi.

I. Lực ma sát nghỉ

Câu hỏi 1 trang 72 Vật Lí 10: Điều nào sau đây không đúng khi nói về lực ma sát nghỉ?

A. Lực ma sát nghỉ luôn xuất hiện ở bề mặt tiếp xúc giữa hai vật.

B. Lực ma sát nghỉ giữ cho các điểm tiếp xúc của vật không trượt trên bề mặt.

C. Một vật có thể đứng yên trên mặt phẳng nghiêng mà không cần đến lực ma sát nghỉ.

D. Một vật có thể đứng yên trên mặt phẳng ngang mà không cần đến lực ma sát nghỉ.

Lời giải:

A, B, D – đúng.

C – sai. Vì nếu không có lực ma sát nghỉ, vật đứng trên mặt phẳng nghiêng sẽ bị trượt xuống phía dưới.

Câu hỏi 2 trang 72 Vật Lí 10: Các tình huống sau đây liên quan đến loại lực ma sát nào?

a) Xoa hai bàn tay vào nhau.

b) Đặt vali lên một băng chuyền đang chuyển động ở sân bay.

Lời giải:

a) Khi xoa hai bàn tay vào nhau, hai lòng bàn tay trượt lên nhau nên ta có lực ma sát trượt.

b) Khi đặt vali lên một băng chuyền đang chuyển động ở sân bay, ta thấy vali nằm yên trên băng chuyền. Đó là do lực ma sát nghỉ tác dụng lên bề mặt tiếp xúc giữa vali và băng chuyền, ngăn cho vali không chuyển động trên bề mặt của băng chuyền.

Hoạt động trang 73 Vật Lí 10: Quan sát Hình 18.2 và thảo luận các tình huống sau:

Đặt trên bàn một vật nặng có dạng hình hộp.

- Lúc đầu ta đẩy vật bằng một lực có cường độ nhỏ, vật không chuyển động (Hình 18.2a). Lực nào đã ngăn không cho vật chuyển động?

- Tăng lực đẩy đến khi lớn hơn một giá trị F₀ nào đó (Hình 18.2b) thì vật bắt đầu trượt. Điều đó chứng tỏ gì?

- Khi vật đã trượt, ta chỉ cần đẩy vật bằng một lực nhỏ hơn giá trị F₀ vẫn duy trì được chuyển động trượt của vật (Hình 18.2c). Điều đó chứng tỏ gì?

Lời giải:

- Lúc đầu ta đẩy vật bằng một lực nhỏ, vật không chuyển động (Hình 18.2a). Lực ma sát nghỉ đã ngăn không cho vật chuyển động.

- Tăng lực đẩy đến khi lớn hơn một giá trị F₀ nào đó (Hình 18.2b) thì vật bắt đầu trượt. Điều đó chứng tỏ lực đẩy F₀ lúc này đã thắng được lực ma sát nghỉ.

- Khi vật đã trượt, lúc này không còn lực ma sát nghỉ mà chỉ có lực ma sát trượt tác dụng lên vật. Ta chỉ cần đẩy vật bằng một lực nhỏ hơn giá trị F₀ vẫn duy trì được chuyển động trượt của vật (Hình 18.2c). Điều đó chứng tỏ lực ma sát trượt có độ lớn nhỏ hơn lực ma sát nghỉ.

II. Lực ma sát trượt

Hoạt động trang 73 Vật Lí 10:

Thí nghiệm 1: Kiểm chứng độ lớn của lực ma sát phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của bề mặt tiếp xúc, nhưng không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc.

Chuẩn bị: Lực kế (có GHĐ 1,0 N, ĐCNN 0,01 N), khối gỗ hình hộp chữ nhật, các bề mặt: gỗ, giấy.

Tiến hành:

1. Đặt mặt có diện tích lớn của khối gỗ lên bề mặt tiếp xúc.

- Gắn lực kế vào giá thí nghiệm để cố định lực kế theo phương nằm ngang.

- Móc khối gỗ vào lực kế, lần lượt kéo các mặt tiếp xúc (mặt gỗ, mặt tờ giấy) theo phương nằm ngang để chúng trượt đều dưới khối gỗ (Hình 18.4).

- Ghi số chỉ của lực kế vào Bảng 18.1. Lấy giá trị trung bình của các số chỉ lực kế làm độ lớn của lực ma sát trượt.

2. Đặt mặt có diện tích nhỏ của khối gỗ lên bề mặt tiếp xúc và lặp lại thí nghiệm như trên.

Thảo luận và phân tích:

a) Nêu các lực tác dụng lên khối gỗ khi mặt tiếp xúc bên dưới của nó được kéo trượt đều. Tại sao khi đó số chỉ của lực kế bằng độ lớn của lực ma sát trượt?

b) Sắp xếp thứ tự theo mức tăng dần lực ma sát trên mỗi bề mặt.

c) Điều gì xảy ra đối với độ lớn của lực ma sát trượt khi diện tích tiếp xúc thay đổi, khi vật liệu và tình trạng của bề mặt tiếp xúc thay đổi?

Thí nghiệm 2: Mối liên hệ giữa độ lớn của lực ma sát trượt với độ lớn của áp lực lên bề mặt tiếp xúc.

Chuẩn bị: Lực kế (có GHĐ 1,0 N, ĐCNN 0,01 N), ba khối gỗ hình hộp chữ nhật giống nhau, mặt tiếp xúc: gỗ.

Tiến hành:

- Đo trọng lượng của khối gỗ bằng lực kế. Ghi vào Bảng 18.2 (Áp lực của khối gỗ lên mặt tiếp xúc nằm ngang có độ lớn bằng trọng lượng của khối gỗ).

- Gắn lực kế vào giá thí nghiệm để cố định lực kế theo phương nằm ngang.

- Móc khối gỗ vào lực kế, kéo mặt tiếp xúc (mặt gỗ) theo phương nằm ngang để nó trượt đều dưới khối gỗ. Ghi lại số chỉ của lực kế trong 3 lần thí nghiệm vào Bảng 18.2. Lấy giá trị trung bình các kết quả đo.

- Lần lượt đặt thêm 1, 2 khối gỗ lên khối gỗ đầu tiên và lặp lại bước 3.

Thảo luận và phân tích:

a) Điều gì xảy ra đối với độ lớn của lực ma sát trượt khi tăng áp lực lên bề mặt tiếp xúc?

b) Vẽ đồ thị cho thấy sự thay đổi độ lớn của lực ma sát trượt khi tăng dần độ lớn của áp lực.

c) Nêu kết luận về những đặc điểm của lực ma sát trượt.

Lời giải:

Số liệu tham khảo.

Thí nghiệm 1:

1. Đặt mặt có diện tích lớn của khối gỗ lên bề mặt tiếp xúc.

Bảng 18.1

2. Đặt mặt có diện tích nhỏ của khối gỗ lên bề mặt tiếp xúc và lặp lại thí nghiệm như trên.

Bảng 18.1

Thảo luận và phân tích:

a) Các lực tác dụng lên khối gỗ khi mặt tiếp xúc bên dưới nó được kéo trượt đều gồm có: Lực kéo, lực ma sát trượt.

Khi vật được kéo trượt đều thì hợp lực tác dụng lên vật bằng 0, khi đó lực ma sát trượt và lực kéo có độ lớn bằng nhau, mà độ lớn lực kéo thể hiện bằng số chỉ của lực kế nên số chỉ lực kế chính là số đo của lực ma sát trượt.

b) Lực ma sát trên mặt giấy < Lực ma sát trên mặt gỗ.

c)

- Khi diện tích tiếp xúc thay đổi ta thấy độ lớn của lực ma sát trượt không thay đổi.

- Khi vật liệu và tình trạng của bề mặt tiếp xúc thay đổi ta thấy độ lớn của lực ma sát trượt thay đổi.

=> Độ lớn của lực ma sát phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của bề mặt tiếp xúc, nhưng không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc.

Thí nghiệm 2:

Bảng 18.2

Thảo luận và phân tích:

a) Khi tăng áp lực lên bề mặt tiếp xúc thì độ lớn lực ma sát trượt cũng tăng.

b) Vẽ đồ thị cho thấy sự thay đổi độ lớn của lực ma sát trượt khi tăng dần độ lớn của áp lực. (vẽ cho lần đo số 1, các lần khác các em tự vẽ)

Nhận xét: Áp lực và lực ma sát có độ lớn tỉ lệ thuận với nhau.

c) Kết luận về những đặc điểm của lực ma sát trượt:

- Lực ma sát trượt xuất hiện khi một vật trượt trên bề mặt của vật khác.

- Độ lớn của lực ma sát trượt phụ thuộc vào:

+ Vật liệu và tình trạng của bề mặt tiếp xúc.

+ Độ lớn của áp lực lên bề mặt.

- Độ lớn của lực ma sát trượt không phụ thuộc vào diện tích mặt tiếp xúc.

III. Bài tập ví dụ

Câu hỏi 1 trang 75 Vật Lí 10: Các lực tác dụng lên xe chở hàng được quy ước vẽ tại trọng tâm của xe (Hình 18.5):

a) Các lực này có tên gọi là gì?

b) Hãy chỉ ra các cặp lực cân bằng nhau.

Lời giải:

a) Coi xe chuyển động từ trái sang phải:

- ${\overrightarrow{F}}_A$: Lực kéo xe chở hàng.

- ${\overrightarrow{F}}_B$: Trọng lực của xe chở hàng.

- ${\overrightarrow{F}}_C$: Lực ma sát.

- ${\overrightarrow{F}}_D$: Phản lực của mặt đất.

b) Các cặp lực cân bằng: ${\overrightarrow{F}}_A$ và ${\overrightarrow{F}}_C$; ${\overrightarrow{F}}_B$ và ${\overrightarrow{F}}_D$ vì các cặp lực này cùng điểm đặt, cùng phương, ngược chiều và có cùng độ lớn.

Câu hỏi 2 trang 75 Vật Lí 10: Để đẩy chiếc tủ, cần tác dụng một lực theo phương nằm ngang có giá trị tối thiểu 300 N để thắng lực ma sát nghỉ. Nếu người kéo tủ với lực 35 N và người kia đẩy tủ với lực 260 N, có thể làm dịch chuyển tủ được không? Biểu diễn các lực tác dụng lên tủ.

Lời giải:

- Tổng hợp lực tác dụng lên tủ thúc đẩy chuyển động của tủ là:

F = F_đ + F_k = 260 + 35 = 295 N

- Vì tổng hợp lực tác dụng lên tủ để thúc đẩy chuyển động của tủ nhỏ hơn lực tối thiểu để thắng lực ma sát nghỉ (295 N < 300 N) nên tủ không dịch chuyển được.

- Các lực tác dụng lên tủ được biểu diễn tại trọng tâm của tủ như sau:

IV. Lực ma sát trong đời sống

Câu hỏi trang 76 Vật Lí 10: Nêu vai trò của lực ma sát trong các tình huống sau:

a) Người di chuyển trên đường.

b) Vận động viên thể dục dụng cụ xoa phấn vào lòng bàn tay trước khi nâng tạ.

Lời giải:

a) Khi di chuyển trên đường, bàn chân tác dụng xuống đường một lực ma sát nghỉ hướng về phía sau đồng thời mặt đường tác dụng lại chân ta một lực ma sát nghỉ hướng về phía trước. Lực ma sát nghỉ đóng vai trò làm lực phát động giúp cho người đi được.

b) Vận động viên thể dục dụng cụ xoa phấn vào lòng bàn tay nhằm làm khô tay do mồ hôi, đồng thời giúp tăng lực ma sát giữa bàn tay và tạ, giúp vận động viên có thể nắm chắc được tạ và thực hiện các động tác chuẩn xác hơn.

Hoạt động 1 trang 76 Vật Lí 10: Thảo luận để làm sáng tỏ những vấn đề sau đây:

- Trong thực tế, có một số trường hợp lực ma sát có tác dụng cản trở chuyển động, nhưng cũng có trường hợp lực ma sát thúc đẩy chuyển động.

- Vai trò của ma sát trong lĩnh vực thể thao.

Lời giải:

Lực ma sát có tác dụng cản trở chuyển động.

+ VD1: Lực ma sát xuất hiện khi má phanh ép sát và trượt trên vành bánh xe đạp có tác dụng làm xe chuyển động chậm dần rồi dừng lại. Lực ma sát trong trường hợp này có tác dụng cản trở chuyển động của vật.

+ VD2: Khi kéo thùng hàng trên sàn, lực ma sát nghỉ làm cản trở chuyển động.

Lực ma sát thúc đẩy chuyển động.

- VD1: Lực ma sát nghỉ do mặt đất tác dụng lên bàn chân giúp cho người có thể tiến về phía trước. Lực ma sát nghỉ lúc này có tác dụng thúc đẩy chuyển động của người đó.

- VD2: Rãnh, gai trên vỏ lốp xe giúp tăng ma sát giữa bánh xe và mặt đường khiến xe chuyển động dễ dàng hơn về phía trước.

Vai trò của ma sát trong lĩnh vực thể thao.

- Lực ma sát có vai trò rất quan trọng trong thể thao. Nhờ có lực ma sát mà các VĐV có thể cầm, nắm chắc được dụng cụ, giúp cho việc thực hiện các động tác chuẩn xác hơn.

Hoạt động 2 trang 76 Vật Lí 10: Nêu một số cách làm giảm ma sát trong kĩ thuật và trong đời sống.

Lời giải:

Một số cách làm giảm ma sát trong đời sống và trong kĩ thuật:

- Làm nhẵn bề mặt của vật.

- Giảm trọng lượng của vật lên bề mặt.

- Chuyển lực ma sát trượt thành lực ma sát lăn.

- Thay đổi vật liệu của mặt tiếp xúc.

Ví dụ: bôi dầu chuyên dụng vào xích xe đạp để xe đi lại dễ dàng hơn

Ví dụ: dùng các ổ trục quay có các viên bi để giảm lực ma sát nghỉ

Em có thể trang 76 Vật Lí 10: Thuyết trình về lợi ích, tác hại của ma sát trong an toàn giao thông đường bộ.

Lời giải:

Chúng ta đã biết được lực ma sát xuất hiện khi nào, tùy vào mỗi trường hợp mà lực ma sát có lợi và có hại khác nhau.

- Lợi ích của ma sát trong an toàn giao thông đường bộ:

+ Lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường giữ cho bánh xe lăn trên đường không bị trượt.

+ Để dừng một chiếc xe đang chuyển động, người lái xe cần phanh, khi đó lực ma sát giữa má phanh và vành bánh xe xuất hiện giúp xe chuyển động chậm lại và có thể dừng hẳn. Lực ma sát càng lớn thì quãng đường xe đi, kể từ khi bắt đầu phanh đến khi dừng lại sẽ càng ngắn. Điều này có thể giúp tránh được các va chạm gây nguy hiểm cho người và xe.

Xe máy được trang bị hệ thống phanh ABS

+ Khi xe dừng đỗ trên dốc, lực ma sát góp phần giữ cho xe không bị trượt dốc.

Bên cạnh đó thì lực ma sát cũng có tác hại trong an toàn giao thông đường bộ.

+ Lực ma sát gây hao mòn lốp xe.

+ Lực ma sát lớn khiến các phương tiện giao thông cần năng lượng lớn khi bắt đầu chuyển động.

Xem thêm lời giải bài tập SGK Vật lí lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 16: Định luật 3 Newton

Bài 17: Trọng lực và lực căn

Bài 19: Lực cản và lực nâng

Bài 20: Một số ví dụ về cách giải các bài toán thuộc phần động lực học

Bài 21: Moment lực. Cân bằng của vật rắn