Lời giải Câu hỏi trang 82 B4 Bài 20. Một số ví dụ về cách giải các bài toán thuộc phần động lực học SGK Vật Lí 10 Kết nối tri thức. Tham khảo: Các bước giải bài toán phần động lực học.
Câu hỏi/Đề bài:
| 4. 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 \(\overrightarrow F \)nằm ngang có độ lớn F = 45 N. Hệ số ma sát giữa mỗi vật và mặt sàn là \(\mu = 0,2\). Lấy \(g = 9,8m/{s^2}\). Tính gia tốc của mỗi vật và lực căng của dây nối. |
Hướng dẫn:
Các bước giải bài toán phần động lực học:
+ Bước 1: Phân tích lực tác dụng lên vật
+ Bước 2: Chọn hệ quy chiếu
+ Bước 3: Viết phương trình theo định luật 2 Newton: \(\sum {\overrightarrow F } = m.\overrightarrow a \)
+ Bước 4: Chiếu phương trình định luật 2 Newton lên trục Ox và Oy => Đại lượng cần tính
Lời giải:
Chọn hệ quy chiếu như hình vẽ:
Theo định luật 2 Newton cho hệ vật, ta có:
\(\overrightarrow {{P_1}} + \overrightarrow {{P_2}} + \overrightarrow {{N_1}} + \overrightarrow {{N_2}} + \overrightarrow F + \overrightarrow {{F_{ms1}}} + \overrightarrow {{F_{ms2}}} + \overrightarrow {{T_1}} + \overrightarrow {{T_2}} = ({m_1} + {m_2}).\overrightarrow a \) (1)
Chiếu (1) lên Ox, ta có
\(\begin{array}{l}F – {F_{ms1}} – {F_{ms2}} – {T_1} + {T_2} = ({m_1} + {m_2}).a\\ \Leftrightarrow F – \mu ({N_1} + {N_2}) = ({m_1} + {m_2}).a\end{array}\)
\( \Leftrightarrow a = \frac{{F – \mu ({N_1} + {N_2})}}{{{m_1} + {m_2}}}\) (2)
(do \({T_1} = {T_2}\))
Chiếu (1) lên Oy, ta có:
\(\begin{array}{l}{N_1} + {N_2} – {P_1} – {P_2} = 0\\ \Leftrightarrow {N_1} + {N_2} = {P_1} + {P_2}\\ \Leftrightarrow {N_1} + {N_2} = ({m_1} + {m_2}).g\end{array}\)
Thay \({N_1} + {N_2} = ({m_1} + {m_2}).g\) vào (2), ta có:
\(\begin{array}{l}a = \frac{{F – \mu .g({m_1} + {m_2})}}{{{m_1} + {m_2}}}\\ \Leftrightarrow a = \frac{{45 – 0,2.9,8.(5 + 10)}}{{5 + 10}}\\ \Leftrightarrow a = 1,04(m/{s^2})\end{array}\)
Xét vật 1
Theo định luật 2 Newton, ta có
\(\overrightarrow {{P_1}} + \overrightarrow {{N_1}} + \overrightarrow F + \overrightarrow {{F_{ms1}}} + \overrightarrow {{T_1}} = {m_1}.\overrightarrow a \) (3)
Chiếu (3) lên Ox, có
\(\begin{array}{l}F – {F_{ms1}} – {T_1} = {m_1}.a\\ \Leftrightarrow {T_1} = F – \mu {N_1} – {m_1}.a\end{array}\)
Chiếu (3) lên Oy, ta có \({N_1} = {P_1} = {m_1}.g\)
\(\begin{array}{l} \Rightarrow {T_1} = F – \mu {m_1}g – {m_1}.a\\ \Leftrightarrow {T_1} = 45 – 0,2.5.9,8 – 5.1,04\\ \Leftrightarrow {T_1} = 30(N)\end{array}\)
Vậy gia tốc của hai vật là 1,04 m/s2 và lực căng của dây nối là 30 N.