Lớp 10 Vật lý 10 - Kết nối tri thức

Lý thuyết Vật lý 10 bài 18 KNTT

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.

1. Lực ma sát

  • Lực ma sát là lực cản trở sự trượt hoặc lăn của vật này so với vật khác.
  • Nguyên nhân chính gây ra ma sát giữa các bề mặt là do lực hút, được gọi là lực bám dính, giữa các vùng tiếp xúc của các bề mặt.
  • Tùy vào đặc điểm chuyển động giữa mặt tiếp xúc và lực ma sát được chia thành: lực ma sát trượt, lực ma sát lăn hay lực ma sát nghỉ.

Chú ý: Các bề mặt luôn có hình dạng gồ ghề ở cấp độ vi mô, bất kể bề mặt đó được nhìn thấy nhẵn thế nào bằng mắt thường, ma sát cũng phát sinh do tác động của các vùng gồ ghề trên bề mặt cứng hơn cắt qua bề mặt mềm hơn khi xảy ra sự trượt hoặc lăn.

2. Lực ma sát nghỉ

  • Nếu một vật đứng yên trên một bề mặt nhưng có xu hướng trượt theo một hướng nào đó thù lực ma sát sẽ tác dụng ngăn nó trượt theo hướng đó. Lực này gọi là lực ma sát nghỉ.
  • Ma sát nghỉ xuất hiện ở mặt tiếp xúc khi vật chịu tác dụng của một lực ngoài. Lực ma sát nghỉ triệt tiêu lực ngoài này làm vật vẫn đứng yên.
  • Đặc điểm của lực ma sát nghỉ:
    • Điểm đặt trên vật và ngay tại vị trí tiếp xúc của hai bề mặt.
    • Phương tiếp tuyến và ngược chiều với xu hướng chuyển động tương đối của hai bề mặt tiếp xúc.
    • Độ lớn của lực ma sát nghỉ bằng độ lớn của lực tác dụng gây ra xu hướng chuyển động.

Minh họa của lực ma sát nghỉ

Lực ma sát

3. Lực ma sát trượt

Nếu một vật đang trượt trên bề mặt của một vật khác thì lực ma sát tác dụng ngược hướng với chuyển động đó, đây là 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 có phương dọc theo bề mặt tiếp xúc và ngược chiều với chuyển động của vật.
  • Lực ma sát trượt gần như không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ chuyển động của vật.
  • Lực ma sát trượt phụ thuốc vào chất liệu và tính chất của hai bề mặt tiếp xúc.
  • Lực ma sát trượt tỉ lệ với lực ép vuông góc giữa các bề mặt với nhau. Với vật chuyển động trên mặt phẳng ngang thì lực ép bằng trọng lượng.

b. Công thức của lực ma sát trượt

Tỉ số giữa độ lớn lực ma sát trượt F_{ms} và áp lực N gọi là hệ số ma sát trượt, kí hiệu là \mu.

  • Hệ số ma sát trượt không có đơn vị.
  • Hệ số \mu phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai bề mặt tiếp xúc.

Hệ số ma sát trượt của một số cặp vật liệu được cho trong bảng sau:

Công thức tính lực ma sát trượt

F = \mu .N

Chú ý: 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.

Ví dụ: Một người đi xe đạp có khối lượng tổng cộng m = 86 kg đang chuyển công trên đường nằm 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/s^2.

Hướng dẫn 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}

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}, vì ô tô chuyển động trên đường nằm ngang nên N = P = m.g

\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. 

Ví dụ: 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/s^2.

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(*)

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}

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

Ví dụ: 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}. Tìm vận tốc vật ở chân dốc. Cho \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}

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

  • 95 lượt xem
Sắp xếp theo
🖼️
Xóa Gửi bình luận

Vật Lí 10 KNTT