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

Giải Vật Lí 10 Bài 20: Một số ví dụ về cách giải các bài toán thuộc phần động lực học

III. Bài tập tự giải

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:

- Thùng chịu tác dụng của bốn lực:

+ Trọng lực $\overrightarrow{P}$

+ Lực đẩy $\overrightarrow{F}$

+ Phản lực $\overrightarrow{N}$

+ Lực ma sát trượt ${\overrightarrow{F}}_{ms}$

- Coi thùng như một chất điểm (hình vẽ)

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

$\left\{\begin{array}{l}Ox:F_x=F-F_{ms}=m.a_x=m.a\\ Oy:F_y=N-P=0\end{array}\right.$

F_ms = µ.N

- Giải hệ phương trình:

N = P = mg = 55.9,8 = 539 N

F_ms = µ.N = 0,35.539 = 188,65 N

a = $\frac{F-F_{ms}}{m}$ = $\frac{220-188,65}{55}$ = 0,57 m/s²

Vậy gia tốc của thùng là 0,57 m/s²

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 = 30^o 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:

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

Chọn hệ trục tọa độ Oxy như hình vẽ:

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

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

Mà F_ms = µ.N

Giải hệ phương trình có:

Từ (2) => N = P.cosα = mg.cosα

=> F_ms = µ.N = µmg.cosα

Thay vào (1) ta được:

Gia tốc: a = $\frac{P.\sin \alpha -F_{ms}}{m}$ = $\frac{mg.\sin \alpha -\mu mg.\cos \alpha }{m}$ = g.sinα - µg.cosα

Thay số ta được: a = 9,8.sin30° - 0,3.9,8.cos30° = 2,35m/s²

Coi như con dốc đủ dài, sau 2s quyển sách vẫn chuyển động trên con dốc.

Quãng đường đi được sau 2s: s = $\frac{1}{2}$at² = $\frac{1}{2}$.2,35.2² = 4,7m

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 30^o 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:

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

Mà F_ms = µ.N

Giải hệ phương trình có:

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

=> F_ms = 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:

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

Mà F_ms1 = µ.N₁

Giải hệ phương trình có:

Từ (2) ta được: N₁ = P₁ = m₁g

=> F_ms1 = 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:

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

Mà F_ms2 = µ.N₂

Giải hệ phương trình có:

Từ (4) ta được: N₂ = P₂ = m₂g

=> F_ms2 = 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

Cách khác: có thể viết định luật 2 Newton cho hệ 2 vật vào một phương trình đều được, khi đó biện luận cho lực căng dây, gia tốc để giải ngắn gọn hơn.

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

Bài 18: Lực ma sát

Bài 19: Lực cản và lực nâng

Bài 21: Moment lực. Cân bằng của vật rắn

Bài 22: Thực hành: Tổng hợp lực

Bài 23: Năng lượng. Công cơ học