Lực ma sát

BÀI 13. LỰC MA SÁT

A. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Lực ma sát trượt

2. Lực ma sát lăn

• Lực ma sát lăn xuất hiện khi một vật lăn trên mặt một vật khác, để cản lại chuyển động lăn của vật.
• Trong trường hợp ma sát trượt có hại cần phải giảm thì người ta thường dùng con lăn hay ổ bi đặt xen vào giữa hai mặt tiếp xúc.

3. Lực ma sát nghỉ

• Lực ma sát còn có thể xuất hiện ở mặt tiếp xuc cả khi vật dửng yên. Đó là lúc ma sát nghỉ.
• Lực ma sát nghỉ (Fmsn) luôn luôn cân bằng với ngoại lực đặt vào vật theo phương song song với mặt tiếp xúc.
• Lực ma sát nghỉ có độ lớn cực đại bằng lực ma sát trượt (Fmsn max = Fmst)

4. Vai trò của lực ma sát trong cuộc sống

• Nhờ có lực ma sát nghỉ ta mới cầm được các vật trên tay, đinh mới được giữ lại trên tường, sợi mới kết được thành vải.
• Nhờ có lực ma sát nghỉ mà dây cua roa chuyển động, băng chuyền chuyển động được các vật từ nơi này đến nơi khác.
• Đối với người, động vật, xe cộ, lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực phát động làm cho các vật chuyển động được.

B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

Bài toán về lực ma sát khi vật chuyển động thẳng đều

+ Độ lớn lực ma sát: Fms = μN.

là hệ số ma sát không có đơn vị; N là độ lớn của áp lực hay phản lực.

+ Vật nằm yên hoặc chuyển động thẳng đều khi thỏa mãn điều kiện: \({{\overrightarrow{F}}_{1}}+{{\overrightarrow{F}}_{2}}+...+{{\overrightarrow{F}}_{n}}=\vec{0}.\)

Chú ý:

• Khi vật chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang không có lực tác dụng xiên góc thì:

\(N=P=mg\Rightarrow {{F}_{m\text{s}}}=\mu N=\mu mg.\)

• Khi vật chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang có lực tác dụng xiên góc α so với phương ngang thì:

\(N=mg\pm F\sin \alpha \Rightarrow {{F}_{m\text{s}}}=\mu \left( mg\pm F\sin \alpha  \right).\)

• Khi vật chuyển động trên mặt phẳng xiên góc α và hợp lực tác dụng lệ vật là \(\vec F = \vec 0\) thì phản lực (hay áp lực lên mặt phẳng nghiêng là

\(    N=mg\cos \alpha \Rightarrow {{F}_{m\text{s}}}=\mu mg\cos \alpha\)

• Khi làm trắc nghiệm dạng này để xác định hệ số ma sát ta nhớ \(  \mu =\tan \alpha =\frac{1}{\sqrt{3}}.\)

C. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu C1 (trang 75 SGK Vật Lí 10) :

Độ lớn của lực ma sát trượt phụ thuộc vào những yếu tố nào trong các yếu tố sau đây?

• Diện tích tiếp xúc của khúc gỗ với mặt bàn.
• Tốc độ của khúc gỗ.
• Áp lực lên mặt tiếp xúc.
• Bản chất và các điều kiện bề mặt (độ nhám, độ sách, độ khô,…) của các mặt tiếp xúc.

Em hãy thử nêu các phương án thí nghiệm kiểm chứng, trong đó chỉ thay đổi một yếu tố còn các yếu tố khác thì giữ nguyên.

Trả lời:

+ Độ lớn của lực ma sát trượt phụ thuộc vào: độ lớn của áp lực, vào vật liệu, bản chất và các điều kiện bề mặt.

+ Phương án thí nghiệm kiểm chứng:

• Thay đổi diện tích tiếp xúc của khúc gỗ với mặt bàn, kéo chuyển động thẳng đều, lực kế cho biết (Flk = Fđh) ta thấy độ lớn lực ma sát phụ thuộc vào diện tích mặt tiếp xúc.
• Tăng áp lực bằng cách tăng khối lượng khúc gỗ: thấy Fms phụ thuộc độ lớn của áp lực.
• Thay đổi tình trạng mặt tiếp xúc thấy Fms phụ thuộc vào độ nhám, độ sạch, độ khô vào chất liệu…

Câu C2 (trang 76 SGK Vật Lí 10) :

Búng cho hòn bi lăn trên mặt sàn nằm ngang.

a) Tại sao hòn bi lăn chậm dần?

b) Tại sao hòn bi lăn được một đoạn đường khá xa mới dừng lại?

Trả lời:

a) Hòn bi lăn chậm dần do có tác dụng của lực ma sát lăn làm cản trở hòn bi.

b) Hòn bi lăn được một đoạn đường khá xa mới dừng lại là do lực ma sát lăn nhỏ, hòn bi duy trì chuyển động lâu hơn.

D. CÂU HỎI – BÀI TẬP

Bài 1 (trang 78 SGK Vật Lí 10) :

Nêu những đặc điểm của lực ma sát trượt.

Lời giải:

Đặc điểm của lực ma sát trượt:

• Hướng: ngược hướng của vận tốc.
• Độ lớn: Fmst = mt.N trong đó N (N) là độ lớn của áp lực.
• Fmst không phụ thuộc diện tích tiếp xúc và tốc độ của vật.
• Fmst phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc.
• Fmst tỉ lệ với độ lớn của áp lực.

Bài 2 (trang 78 SGK Vật Lí 10) :

Hệ số ma sát trượt là gì? Nó phụ thuộc vào những yếu tố nào? Viết công thức của lực ma sát trượt.

Lời giải:

+ Hệ số ma sát trượt là hệ số tỉ lệ giữa độ lớn của lực ma sát trượt và độ lớn của áp lực.

+ Hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc và được dùng để tính lực ma sát trượt.

Bài 3 (trang 78 SGK Vật Lí 10) :

Nêu những đặc điểm của lực ma sát nghỉ.

Lời giải:

Đặc điểm của lực ma sát nghỉ là:

• Lực ma sát nghỉ (Fmsn) luôn luôn cân bằng với ngoại lực đặt vào vật theo phương song song với mặt tiếp xúc.
• Lực ma sát nghỉ có độ lớn cực đại bằng lực ma sát trượt (Fmsn max = Fmst)

Bài 4 (trang 78 SGK Vật Lí 10) :

Trong các cách viết công thức của lực ma sát trượt dưới đây, cách viết nào đúng?

A. \({{\vec{F}}_{m\text{s}t}}={{\mu }_{t}}.N.\) B. \({{F}_{m\text{s}t}}={{\mu }_{t}}.\vec{N}.\) C. \({{\vec{F}}_{m\text{s}t}}={{\mu }_{t}}.\vec{N}.\) D. \({{F}_{m\text{s}t}}={{\mu }_{t}}.N.\)

Lời giải: Chọn D.

Công thức của lực ma sát trượt là công thức xác định độ lớn: \({F_{m{\rm{s}}t}} = {\mu _t}.N.\)

Nếu xét về hướng \({\vec F_{m{\rm{s}}t}}\) luôn ngược hướng chuyển động, còn \(\vec N\) vuông góc với hướng chuyển động nên \({\vec F_{m{\rm{s}}t}} \bot \vec N\)

Bài 5 (trang 79 SGK Vật Lí 10) :

Quyển sách nằm yên trên mặt bàn nằm ngang có chịu lực ma sát nghỉ hay không?

Lời giải:

Quyển sách nằm yên trên mặt bàn không chịu lực ma sát nghỉ. Trường hợp này trọng lực cân bằng với phản lực của mặt bàn.

Bài 6 (trang 79 SGK Vật Lí 10) :

Điều gì xảy ra đối với hệ số ma sát giữa hai mặt tiếp xúc nếu lực ép hai mặt đó tăng lên?

A. Tăng lên. B. Giảm đi. C. Không thay đổi. D. Không biết được.

Lời giải: Chọn C.

Khi lực ép (áp lực) lên mặt tiếp xúc tăng thì lực ma sát tăng. Hệ số ma sát chỉ phụ thuộc vào tính chất của mặt tiếp xúc (vật liệu, tình trạng mặt tiếp xúc).

Bài 7 (trang 79 SGK Vật Lí 10) :

Một vận động viên môn hốc cây (môn khúc quân cầu) dùng gậy gạt quả bóng để truyền cho nó một tốc độ đầu 10 m/s. Hệ số ma sát trượt giữa quả bóng và mặt băng là 0,10. Lấy g = 9,8 m/s2. Hỏi quả bóng đi được một đoạn đường bao nhiêu thì dừng lại?

A. 39 m. B. 45 m. C. 51 m. D. 57 m.

Lời giải: Chọn C.

Các lực tác dụng lên quả bóng: Trọng lực \(\vec{P}\); phản lực \(\vec{N}\); lực ma sát \({{\vec{F}}_{m\text{s}}}\)

Áp dụng định luật II Niu-tơn ta có: \(m\vec{a}=\vec{P}+\vec{N}+{{\vec{F}}_{m\text{s}}}\)

Chiếu lên phương chuyển động của quả bóng, chiều chiều dương là chiều chuyển động của bóng, ta có: ma = - Fms ⇒ ma = - μmg ⇒ a = - μg = - 0,1.9,8 = - 0,98 m/s.

Quãng đường quả bóng lăn được là: \(S=\frac{-v_{0}^{2}}{2\text{a}}=\frac{-100}{2.\left( -0,98 \right)}\approx 51\,m.\)

Bài 8 (trang 79 SGK Vật Lí 10) :

Một tủ lạnh có trọng lượng 890 N chuyển động thẳng đều trên sàn nhà. Hệ số ma sát trượt giữa tủ lạnh và sàn nhà là 0,51. Hỏi lực đẩy tủ lạnh theo phương ngang bằng bao nhiêu ? Với lực đẩy tìm được có thể làm cho tủ lạnh chuyển động từ trạng thái nghỉ được không?

Lời giải:

Các lực tác dụng lên tủ lạnh: Trọng lực \(\vec{P}\); phản lực \(\vec{N}\); lực ma sát \({{\vec{F}}_{m\text{s}}};\) lực đẩy \(\vec{F}.\)

Tủ lạnh chuyển động thẳng đều, áp dụng định luật II Niu-tơn ta có: \(\vec{P}+\vec{N}+{{\vec{F}}_{m\text{s}}}+\vec{F}=\vec{0}\)

Chiếu lên phương ngang, chiều dương là chiều chuyển động của tủ lạnh ta có:

- Fms + F = 0 ⇔ F = Fms = μN = 0,51. 890 = 453,9 N.

Với giá trị của lực đẩy này, ta không thể làm tủ lạnh chuyển động được từ trạng thái nghỉ vì hợp lực tác dụng lên vật bị triệt tiêu (bằng 0) nên theo định luật I Niu-tơn vật đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên.

Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 10 bài Lực ma sát do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ