Vật lí 10 trang 82 Bài 20: Một số VD về cách giải các bt thuộc phần động lực học

Giải Vật lí 10 trang 82 Bài 20: Một số VD về cách giải các bt thuộc phần động lực học sách Kết nối tri thức có đáp án chi tiết cho từng bài tập trong sách giáo khoa vật lí 10 KNTT. Mời các em học sinh cùng quý phụ huynh tham khảo

Vật lí 10 trang 82 bài 20

Bài 1 trang 82 SGK 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

Vật chịu tác dụng của 4 lực: lực đẩy \(\overrightarrow F \), lực ma sát \(\overrightarrow {{F_{ms}}} \), trọng lực \(\overrightarrow P \), phản lực \(\overrightarrow N \)

Chọn hệ quy chiếu và các lực có chiều như hình vẽ

Theo định luật 2 Newton, ta có: \(\overrightarrow F + \overrightarrow {{F_{ms}}} + \overrightarrow P + \overrightarrow N = m.\overrightarrow a \) (1)

Chiếu (1) lên trục Ox ta có: \(F – {F_{ms}} = ma \Leftrightarrow F – \mu N = ma\) (2)

Chiếu (1) lên Oy, ta có:

\(\begin{array}{l}P – N = 0\\ \Leftrightarrow N = P = mg\end{array}\)

Thay N = mg vào (2), ta có:

\(\begin{array}{l}F – \mu mg = ma\\ \Leftrightarrow a = \frac{{F – \mu mg}}{m}\\ \Leftrightarrow a = \frac{{220 – 0,35.55.9,8}}{{55}} = 0,57(m/{s^2})\end{array}\)

Bài 2 trang 82 SGK 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

Quyển sách (coi là chất điểm) chịu tác dụng của ba lực: lực ma sát \(\overrightarrow {{F_{ms}}} \), trọng lực \(\overrightarrow P \), phản lực \(\overrightarrow N \)

Theo định luật 2 Newton, ta có:

\(\overrightarrow {{F_{ms}}} + \overrightarrow P + \overrightarrow N = m.\overrightarrow a \) (1)

Chiếu (1) lên Ox, ta có:

\({P_x} – {F_{ms}} = ma\)

\( \Leftrightarrow mg\sin \alpha – \mu N = ma\) (2)

Chiếu (1) lên Oy, ta có:

\(\begin{array}{l}N – {P_y} = 0\\ \Leftrightarrow N – mg\cos \alpha = 0\\ \Leftrightarrow N = mg\cos \alpha \end{array}\)

Thay \(N = mg\cos \alpha \) vào (2), ta có:

\(\begin{array}{l}mg\sin \alpha – \mu mg\cos \alpha = ma\\ \Leftrightarrow g\sin \alpha – \mu g\cos \alpha = a\\ \Leftrightarrow a = 9,8.\sin {30^ \circ } – 0,3.9,8.\cos {30^ \circ }\\ \Leftrightarrow a \approx 2,35(m/{s^2})\end{array}\)

Quãng đường vật đi được sau 2 s là:

\(S = \frac{1}{2}a{t^2} = \frac{1}{2}.2,{35.2^2} = 4,7(m)\)

Bài 3 trang 82 SGK 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:

\(\left\{\begin{matrix} Ox: F_{x} = F .cos\alpha – F_{ms} = m.a_{x} = 0 (1) \\ 0y : F_{y} = N + F.sin\alpha – P = 0 (2)\end{matrix}\right.\)

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 4 trang 82 SGK 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 \(\vec{F}\) 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:

\(\left\{\begin{matrix} Ox:F_{x} = F – F_{ms1} – T_{1} = m_{1}.a_{x} = m_{1}a_{1} (1) \\ Oy : F_{y} = N_{1} – P_{1} = 0 (2) \end{matrix}\right.\)

Mà Fms1 = 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:

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