Giải Vật lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 13: Tổng hợp lực – Phân tích lực

Câu hỏi 3 trang 82 Vật lí 10:

Quan sát Hình 13.7 và thực hiện các yêu cầu sau:

a) Xác định hướng của lực ma sát tác dụng lên khối gỗ (Hình 13.7a) và ván trượt (Hình 13.7b).

b) Trình bày phương pháp tính toán độ lớn của các lực ma sát này.

Lời giải:

a) Lực ma sát tác dụng lên khối gỗ và ván trượt có hướng ngược với hướng chuyển động của 2 vật này.

b) Để xác định được độ lớn của lực ma sát ta vận dụng các định luật Newton và các phép tính hình học.

Vật chịu tác dụng của các lực:

- Trường hợp a: trọng lực $\overrightarrow{P}$, phản lực $\overrightarrow{N}$, lực kéo $\overrightarrow{F_k}$và lực ma sát $\overrightarrow{F_{ms}}$.

- Trường hợp b: trọng lực $\overrightarrow{P}$, phản lực $\overrightarrow{N}$ và lực ma sát $\overrightarrow{F_{ms}}$.

Trong cả 2 trường hợp, lực kéo của xe $\overrightarrow{F_k}$ và trọng lượng của hệ người – ván trượt $\overrightarrow{P}$ hợp với phương chuyển động 1 góc xác định. Do đó, ta phân tích các lực này thành các lực thành phần theo 2 phương xác định: song song và vuông góc với phương chuyển động.

- Trong trường hợp a: $\overrightarrow{F_k}=\overrightarrow{F_x}+\overrightarrow{F_y}$

Thành phần $\overrightarrow{F_y}$ có độ lớn F_k.sinα, vuông góc với mặt phẳng ngang, hướng lên trên. Tổng hợp lực của $\overrightarrow{F_y}$ và phản lực $\overrightarrow{N}$ cân bằng với trọng lực $\overrightarrow{P}$.

Thành phần $\overrightarrow{F_x}$ có độ lớn F_k.cosα, song song mặt phẳng ngang, có chiều cùng chiều chuyển động. Thành phần này có tác dụng làm vật chuyển động. Ngoài ra, vật còn chịu tác dụng của lực ma sát $\overrightarrow{F_{ms}}$ cùng phương ngược chiều. Tổng hợp lực của $\overrightarrow{F_x}$ và lực ma sát chính $\overrightarrow{F_{ms}}$ là nguyên nhân làm thay đổi gia tốc của vật $\overrightarrow{F_x}+\overrightarrow{F_{ms}}=m\overrightarrow{a}$.

Từ đó, dựa vào các phép tính hình học, ta sẽ tìm ra được độ lớn của lực ma sát.

- Trong trường hợp b: $\overrightarrow{P}=\overrightarrow{P_x}+\overrightarrow{P_y}$ 

Thành phần $\overrightarrow{P_y}$ có độ lớn mg.cosα, vuông góc với mặt phẳng nghiêng, hướng xuống dưới. $\overrightarrow{P_y}$ cân bằng phản lực $\overrightarrow{N}$ của mặt phẳng nghiêng.

Thành phần $\overrightarrow{P_x}$ có độ lớn mg.sinα, song song mặt phẳng ngang, có chiều cùng chiều chuyển động. Thành phần này xu hướng kéo người và ván trượt xuống. Ngoài ra, vật còn chịu tác dụng của lực ma sát $\overrightarrow{F_{ms}}$ cùng phương, ngược chiều. Tổng hợp lực của $\overrightarrow{P_x}$ và lực ma sát chính $\overrightarrow{F_{ms}}$ là nguyên nhân làm thay đổi gia tốc của vật $\overrightarrow{P_x}+\overrightarrow{F_{ms}}=m\overrightarrow{a}$.

Từ đó, dựa vào các phép tính hình học, ta sẽ tìm ra được độ lớn của lực ma sát.

Xem thêm các bài giải sách giáo khoa Vật lí 10 bộ sách Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác: