Lý thuyết Lực ma sát (Kết nối tri thức 2023) hay, chi tiết | Vật Lí 10

Lý thuyết Vật Lí lớp 10 Bài 18: Lực ma sát

A. Lý thuyết Lực ma sát

I. Lực ma sát nghỉ

Lực ma sát nghỉ là lực ma sát tác dụng lên mặt tiếp xúc của vật, khi vật có xu hướng chuyển động nhưng chưa chuyển động.

II. Lực ma sát trượt

Lực ma sát trượt là lực ma sát cản trở vật trượt trên bề mặt tiếp xúc.

1. Đặc điểm của lực ma sát trượt

– 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 của bề mặt tiếp xúc.

– Khi tăng áp lực lên bề mặt tiếp xúc thì độ lớn của lực ma sát trượt tăng.

2. Công thức của lực ma sát trượt

– Tỉ số giữa độ lớn của lực ma sát trượt ${\overrightarrow{\mathrm{F}}}_{\mathrm{ms}}$ và áp lực $\overrightarrow{\mathrm{N}}$ gọi là hệ số ma sát trượt, kí hiệu là $\mathrm{\mu }$. Hệ số $\mathrm{\mu }$ phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc.

– Công thức tính lực ma sát trượt ${\mathrm{F}}_{\mathrm{ms}}=\mathrm{\mu }.\mathrm{N}$

– Hệ số ma sát trượt (gần đúng) của một số cặp vật liệu

III. Bài tập ví dụ

Một người đi xe đạp có khối lượng tổng cộng $\text{m = 86 kg}$ đang chuyển động trên đường nằm ngang với vận tốc ${\mathrm{v}}_{\mathrm{o}}\text{ = 4 m/s}$. Nếu người đi xe ngừng đạp và hãm phanh để giữ không cho các bánh xe qua, xe trượt đi một đoạn đường 2 m thì dừng lại.

1. Lực nào đã gây ra gia tốc cho xe? Tính độ lớn của lực này.

2. Tính hệ số ma sát trượt giữa mặt đường và lốp xe? Lấy ${\text{g = 10m/s}}^2$

Hướng dẫn

Khi tính lực và gia tốc, người ta chọn người + xe là chất điểm. Chọn chiều dương là chiều chuyển động của người và xe

1. Gia tốc của chuyển động được tính bằng công thức

$\mathrm{a}=\frac{{\mathrm{v}}^2-{\mathrm{v}}_{\mathrm{o}}^2}{2.\mathrm{s}}=\frac{0-16}{2.2}=\text{ – 4 }\mathrm{m}/{\mathrm{s}}^2$

Lực gây ra gia tốc này là lực ma sát trượt của mặt đường tác dụng lên lốp xe

$\mathrm{F}=\mathrm{ma}=\text{ 86.(- 4)= -344 N}$

Dấu (-) chứng tỏ lực ma sát ngược chiều với chuyển động.

2. Hệ số ma sát trượt giữa lốp xe và mặt đường được xác định bằng công thức

${\mathrm{F}}_{\mathrm{ms}}=\mathrm{\mu }.\mathrm{N}\Rightarrow \mathrm{\mu }=\frac{{\mathrm{F}}_{\mathrm{ms}}}{\mathrm{N}}=\frac{344}{86.10}=0,4$

Với $\mathrm{N}=\mathrm{P}=\mathrm{m}.\mathrm{g}$ vì xe chuyển động trên mặt đường nằm ngang

IV. Lực ma sát trong đời sống

– Ưu điểm của lực ma sát

+ Lực ma sát giúp chúng ta đi bộ trên mặt đất

+ Lực ma sát giúp chúng ta phanh xe khi dừng lại

+ Các thiên thạch bị cháy trong khí quyển trước khi đến Trái Đất do ma sát

– Nhược điểm

+ Lực ma sát tỏa nhiệt, gây mất mát năng lượng trong các máy móc: quạt điện, động cơ điện.

+ Lực ma sát ngược chiều chuyển động, làm giảm tốc độ chuyển động.

B. Trắc nghiệm Lực ma sát

Câu 1. Một người đẩy một vật trượt thẳng đều trên sàn nhà nằm ngang với một lực có phương ngang với độ lớn 300 N. Khi đó, độ lớn của lực ma sát trượt tác dụng lên vật sẽ

A. lớn hơn 300 N.

B. nhỏ hơn 300 N.

C. bằng 300 N.

D. bằng trọng lượng

Đáp án đúng: C

Do vật chuyển động thẳng đều, lực ma sát trượt cân bằng với lực đẩy $\to F_{mst}=F_d=300N$

Câu 2. Một vật trượt được một quãng đường s = 48 m thì dừng lại. Biết lực ma sát trượt bằng 0,06 lần trọng lượng của vật và g =10 m/s². Cho chuyển động của vật là chuyển động thẳng chậm dần đều. Vận tốc ban đầu của vật

A. = 7,589 m/s.

B. = 75,89 m/s.

C. = 0,7589 m/s.

D. = 5,3666m/s.

Đáp án đúng: A

Áp dụng biểu thức của định luật II Newton:

$\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}+\overrightarrow{F_{mst}}=m\overrightarrow{a}$ (*)

Chọn hệ trục xOy như hình vẽ, chiếu (*) lên trục Ox:

$-F_{mst}=ma$ (1)

$\Rightarrow -0,06mg=ma\Rightarrow a=-0,06g=-0,6m/s^2$

Áp dụng công thức liên hệ giữa v, a, s: $v^2-v_0^2=2as\Rightarrow v_0=\sqrt{-2as}=\sqrt{2.0,6.48}=7,589m/s$

Câu 3. Trong cuộc sống, có những tình huống lực ma sát có lợi nhưng có những tình huống lực ma sát có hại. Tình huống nào lực ma sát xuất hiện có hại?

A. viết bảng.

B. đi bộ trên đường nhựa.

C. đi trên đường đất trời mưa.

D. thêm ổ bi vào các trục quay.

Đáp án đúng là: C

A. viết bảng – lực ma sát nghỉ giữa phấn (hoặc bút) và mặt bảng giúp cho việc viết bảng dễ dàng hơn, phấn bám được trên bảng.

B. đi bộ trên đường nhựa – lực ma sát nghỉ giữa chân và mặt đất giúp cho con người đi lại được.

C. đi trên đường đất trời mưa – lực ma sát trượt xuất hiện làm cho việc đi lại khó khăn.

D. thêm ổ bi vào các trục quay – lực ma sát lăn xuất hiện giúp cho ổ trục quay dễ dàng hơn.

Câu 4. Một vật có khối lượng 5 tấn đang chuyển động trên đường nằm ngang có hệ số ma sát của xe và mặt đường là 0,2. Lấy g = 10 m/s². Độ lớn của lực ma sát là?

A. 1000 N.

B. 10000 N.

C. 100 N.

D. 10 N.

Đáp án đúng: B

Xe chuyển động trên đường nằm ngang nên $N=P=mg=5000.10=50000N$

$\Rightarrow F_{mst}={\mu }_{t}N=0,2.50000=10000N$

Câu 5. Một ô tô đang chuyển động trên đường thẳng ngang với vận tốc 54 km/h thì tắt máy. Biết hệ số ma sát lăn giữa bánh xe và mặt đường là μ = 0,01. Lấy g = 10 m/s². Thời gian từ lúc tắt xe máy đến lúc dừng lại là

A. 180 s. $\Rightarrow F_{mst}={\mu }_{t}N=0,01.mg$

B. 90 s.

C. 100 s.

D. 150 s.

Đáp án đúng: D

Đổi $v_0=54km/h=15m/s$ .

Xe chuyển động trên đường nằm ngang $N=P=mg$

$\Rightarrow F_{mst}={\mu }_{t}N=0,01.mg$

Áp dụng định luật II Newton $\overrightarrow{F_{mst}}=m\overrightarrow{a}$

Chọn chiều dương theo chiều chuyển động: $-F_{mst}=ma\Rightarrow a=\frac{-F_{mst}}{m}=\frac{-0,01.mg}{m}=-0,01g=0,1m/s^2$

Thời gian xe đi từ lúc tắt máy cho đến khi dừng lại là: $t=\frac{v-v_0}{a}=\frac{0-15}{-0,1}=150s$

Câu 6. Khi ôtô chuyển động thẳng đều thì

A. trọng lực cân bằng với phản lực.

B. lực kéo cân bằng với lực ma sát với mặt đường.

C. các lực tác dụng vào ôtô cân bằng nhau.

D. trọng lực cân bằng với lực kéo.

Đáp án đúng: C

Các lực tác dụng lên xe ôtô bao gồm: trọng lực, phản lực, lực kéo của động cơ, lực ma sát với đường, lực cản của không khí. Xe chuyển động thẳng đều khi các lực tác dụng vào xe cân bằng nhau.

Câu 7. Một vật trượt có ma sát trên một mặt phẳng nằm ngang. Nếu vận tốc của vật đó tăng lên 2 lần thì độ lớn lực ma sát trượt giữa vật và mặt tiếp xúc sẽ

A. tăng 2 lần.

B. tăng 4 lần.

C. giảm 2 lần.

D. không đổi.

Đáp án đúng: D

Lực ma sát  , không phụ thuộc vào vận tốc của vật.

Câu 8. Một vật lúc đầu nằm yên trên một mặt phẳng nhám nằm ngang. Sau khi được truyền một vận tốc đầu, vật chuyển động được một đoạn sau đó chuyển động chậm dần vì

A. quán tính.

B. lực ma sát.

C. phản lực.

D. trọng lực

Đáp án đúng: D

Lực ma sát gây cản trở chuyển động của vật, làm cho vật chuyển động chậm dần.

Câu 9. Chọn biểu thức đúng về lực ma sát trượt?

A. $\overrightarrow{F_{mst}}={\mu }_t\overrightarrow{N}$ .

B. $\overrightarrow{F_{mst}}=-{\mu }_t\overrightarrow{N}$ .

C. $\underset{}{F_{mst}}={\mu }_t\underset{}{N}$ .

D. $\underset{}{F_{mst}}<{\mu }_t\underset{}{N}$ .

Đáp án đúng: C

$\underset{}{F_{mst}}={\mu }_t\underset{}{N}$ trong đó ${\mu }_t$ là hệ số ma sát trượt, N áp lực lên bề mặt.

Câu 10. Lực ma sát trượt không phụ thuộc vào những yếu tố nào?

A. Diện tích tiếp xúc và vận tốc của vật.

B. Áp lực lên mặt tiếp xúc.

C. Bản chất của vật.

D. Điều kiện về bề mặt.

Đáp án đúng: A

Lực ma sát trượt không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và vận tốc của vật

Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Vật lí 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 17: Trọng lực và lực căng

Bài 19: Lực cản và lực nâng

Bài 21: Moment lực. Cân bằng của vật rắn

Bài 23: Năng lượng. Công cơ học