Sách bài tập Vật Lí 10 Bài 18 (Kết nối tri thức): Lực ma sát

Giải SBT Vật Lí lớp 10 Bài 18: Lực ma sát

Câu hỏi 18.1 trang 33 SBT Vật lí 10: Một vật đang trượt trên một mặt phẳng, khi tốc độ của vật giảm thì hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng

A. giảm xuống.

B. không đổi.

C. tăng tỉ lệ với tốc độ của vật.

D. tăng tỉ lệ với bình phương tốc độ của vật.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng không phụ thuộc vào tốc độ của vật.

Câu hỏi 18.2 trang 33 SBT Vật lí 10: Khi lực ép giữa hai mặt tiếp xúc tăng lên thì hệ số ma sát giữa hai mặt tiếp xúc

A. giảm đi.

B. tăng lên.

C. không thay đổi.

D. không xác định được.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Khi lực ép giữa hai mặt tiếp xúc tăng lên thì hệ số ma sát giữa hai mặt tiếp xúc không thay đổi.

Câu hỏi 18.3 trang 34 SBT Vật lí 10: Một vật có khối lượng m trượt trên mặt phẳng ngang. Biết hệ số ma sát trượt giữa vật và mặt phẳng là , gia tốc trọng trường g. Biểu thức xác định lực ma sát trượt là

A. $F_{mst}=\mu mg$.

B. $F_{mst}=\mu g$ .

C. $F_{mst}=\mu m$ .

D. $F_{mst}=mg$ .

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Vật trượt trên mặt phẳng ngang nên N = P = mg.

Lực ma sát trượt: $F_{mst}=\mu N=\mu P=\mu mg$ .

Câu hỏi 18.4 trang 34 SBT Vật lí 10: Một vận động viên môn hốc cây (khúc quân cầu) dùng gậy gạt quả bóng để truyền cho nó một tốc độ ban đầu 10 m/s. Hệ số ma sát giữa bóng và mặt băng là 0,10. Lấy g = 9,8 m/s². Quãng đường quả bóng đi được cho đến khi dừng lại là

A. 39 m.     

B. 45 m.      

C. 57 m.      

D. 51 m.

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

Lực ma sát $F_{mst}=\mu N=\mu P=\mu mg$

Quả bóng chịu tác dụng của lực ma sát, trọng lực, phản lực.

$\overrightarrow{F_{ms}}+\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}=m\overrightarrow{a}=\overrightarrow{F}$

Do vật chuyển động theo phương ngang nên trọng lực và phản lực cân bằng.

$F=F_{ms}\iff ma=-\mu mg\iff a=-\mu g=-\mathrm{0,1.9,8}=-\mathrm{0,98}m/s^2$

Quãng đường quả bóng đi được cho đến khi dừng lại là:

$s=\frac{v^2-v_0^2}{2a}-\frac{0^2-{10}^2}{2.\left(-\mathrm{0,98}\right)}=\mathrm{51,02}m$

Câu hỏi 18.5 trang 34 SBT Vật lí 10: Một xe tải có khối lượng 3 tấn đang chuyển động trên đường nằm ngang, hệ số ma sát của xe tải với mặt đường là 0,1.

Lấy g = 10 m/s². Độ lớn lực ma sát là

A. 3000 N.

B. 30000 N.

C. 300 N.

D. 30 N.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Vật chuyển động trên mặt đường nằm ngang:

$F_{ms}=\mu N=\mu P=\mu mg=\mathrm{0,1.3000.10}=3000N$

Câu hỏi 18.6 trang 34 SBT Vật lí 10: Một toa tàu có khối lượng 60 tấn chuyển động thẳng đều dưới tác dụng của lực kéo của đầu tàu theo phương nằm ngang F = 4,5.10⁴ N. Lấy g = 10 m/s². Hệ số ma sát giữa tàu và đường ray là

A. 0,075.

B. 0,06.

C. 0,15.

D. 0,015.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Vì toa tàu chuyển động thẳng đều nên:

F_kéo = F_{ma sát$\Rightarrow \mu mg={\mathrm{4,5.10}}^4$}

_{$\Rightarrow \mu =\frac{{\mathrm{4,5.10}}^4}{mg}=\frac{{\mathrm{4,5.10}}^4}{60000.10}=\mathrm{0,075}$}

Câu hỏi 18.7 trang 34 SBT Vật lí 10: Một cái hòm khối lượng m = 15 kg đặt trên sàn nhà. Người ta kéo hòm bằng một lực $\overrightarrow{F}$hướng chếch lên trên và hợp với phương nằm ngang một góc $\alpha ={20}^o$. Hòm chuyển động đều trên sàn nhà. Tính độ lớn của lực $\overrightarrow{F}$. Biết hệ số ma sát trượt giữa hòm và sàn nhà là 0,3. Lấy g = 9,8 m/s².

Lời giải:

Hòm chịu tác dụng của các lực: lực kéo $\overrightarrow{F}$ , trọng lực $\overrightarrow{P}$ , phản lực $\overrightarrow{N}$  và lực ma sát trượt ${\overrightarrow{F}}_{mst}$ . Phân tích lực $\overrightarrow{F}$  thành hai lực thành phần vuông góc $F_x=F\cos \alpha$ và $F_y=F\sin \alpha$ . Vì hòm chuyển động đều ta có:

$F\cos \alpha -F_{mst}=0$    (1)

$F\sin \alpha -mg+N=0$        (2)

Ngoài ra: $F_{mst}=\mu N$      (3)

Từ (1), (2), (3) ta suy ra:

$F=\frac{\mu mg}{\cos \alpha +\mu \sin \alpha }=\frac{\mathrm{0,3.15.9,8}}{\cos {20}^o+\mathrm{0,3}\sin {20}^o}\approx \mathrm{42,3}N$

Câu hỏi 18.8 trang 34 SBT Vật lí 10: Một ô tô có khối lượng 1,5 tấn chuyển động trên đường nằm ngang. Hệ số ma sát của xe với mặt đường là 0,01. Biết lực kéo gây ra bởi động cơ song song với mặt đường. Lấy g = 10 m/s². Xác định độ lớn của lực kéo để ô tô chuyển động nhanh dần đều với gia tốc 0,25 m/s².

Lời giải:

Lực kéo: $F=ma+\mu mg=1500\left(\mathrm{0,25}+\mathrm{0,01.10}\right)=525N.$

Câu hỏi 18.9 trang 34 SBT Vật lí 10: Một mẩu gỗ có khối lượng m đặt trên mặt sàn nằm ngang. Người ta truyền cho nó một vận tốc tức thời 5 m/s. Tính thời gian để mẩu gỗ dừng lại và quãng đường nó đi được tới lúc đó. Biết hệ số ma sát giữa mẩu gỗ và sàn nhà là 0,2 và lấy g = 10 m/s². Các đáp số tìm được có phụ thuộc vào khối lượng m không?

Lời giải:

Lực ma sát $F_{mst}=\mu N=\mu P=\mu mg$

Mẩu gỗ chịu tác dụng của lực ma sát, trọng lực, phản lực.

$\overrightarrow{F}=\overrightarrow{F_{ms}}+\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}=m\overrightarrow{a}$

Do vật chuyển động theo phương ngang nên trọng lực và phản lực cân bằng.

$F=F_{ms}\iff ma=-\mu mg\iff a=-\mu g=-\mathrm{0,2.10}=-2m/s^2$

Thời gian: $t=\frac{v-v_0}{a}=\frac{0-5}{-2}=\mathrm{2,5}s$

Quãng đường: $s=\frac{v^2-v_0^2}{2a}=\frac{0^2-5^2}{2.\left(-2\right)}=\mathrm{6,25}m$

Kết quả tìm được không phụ thuộc vào m.

Câu hỏi 18.10 trang 35 SBT Vật lí 10: Một vật có khối lượng 15 kg đang đứng yên thì bắt đầu chuyển động nhanh dần đều, sau khi đi được 150 m vật đạt vận tốc 54 km/h. Biết hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng ngang là 0,05. Lấy g = 9,8 m/s². Xác định lực kéo tác dụng vào vật theo phương song song với phương chuyển động.

Lời giải:

Đổi 54 km/h = 15 m/s.

Vật chịu tác dụng của lực kéo, lực ma sát, trọng lực, phản lực.

$\overrightarrow{F}+\overrightarrow{F_{ms}}+\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}=m\overrightarrow{a}$

Vật chuyển động theo phương ngang nên trọng lực và phản lực cân bằng.

$\Rightarrow F-F_{ms}=ma\Rightarrow F=ma+\mu mg=m\frac{v^2}{2}+\mu mg=\frac{{15.15}^2}{2.150}+\mathrm{0,05.15.9,8}=\mathrm{18,6}N$

Câu hỏi 18.11 trang 35 SBT Vật lí 10: Một vật có khối lượng 2000 g được đặt trên một bàn dài nằm ngang. Tác dụng lên vật một lực có độ lớn 5 N theo phương song song với mặt bàn trong khoảng thời gian 2 s rồi thôi tác dụng lực. Biết hệ số ma sát giữa vật và mặt bàn là 0,2. Lấy g = 10 m/s². Tính quãng đường tổng cộng mà vật đi được cho đến khi dừng lại.

Lời giải:

Vật chịu tác dụng của lực tác dụng, lực ma sát, trọng lực, phản lực.

$\overrightarrow{F}+\overrightarrow{F_{ms}}+\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}=m\overrightarrow{a}$

Vật chuyển động theo phương ngang nên trọng lực và phản lực cân bằng.

$\Rightarrow F-F_{ms}=maF=ma+\mu mg\Rightarrow a=\frac{F}{-}=\frac{5}{-}=\mathrm{0,5}m/s^2$

Quãng đường vật đi trong 2 giây đầu: $s_1=\frac{1}{2}a{t}^2=\frac{1}{2}{\mathrm{.0,5.2}}^2=1m$ .

Sau 2 giây, vật chuyển động chậm dần dưới tác dụng của lực ma sát :

$\Rightarrow -F_{ms}=ma‘\Rightarrow a‘=-\mu g=-2m/s^2$

Quãng đường đi được từ lúc ngừng lực tác dụng tới khi dừng hẳn:

$s_2=\frac{-v^2}{2a‘}=\frac{-{\left(at\right)}^2}{2a‘}=\frac{-{\left(\mathrm{0,5.2}\right)}^2}{2\left(-2\right)}=\mathrm{0,25}m$

Tổng quãng đường: s = s₁ + s₂ = 1,25m.

Câu hỏi 18.12 trang 35 SBT Vật lí 10: Một khúc gỗ khối lượng 2,5 kg đặt trên sàn nhà. Người ta kéo khúc gỗ bằng một lực $\overrightarrow{F}$hướng chếch lên và hợp với phương nằm ngang một góc $\alpha =30°.$Khúc gỗ chuyển động nhanh dần đều với gia tốc 1,5 m/s² trên sàn. Biết hệ số ma sát trượt giữa gỗ và sàn là 0,25. Lấy g = 10 m/s². Tính độ lớn của lực $\overrightarrow{F}$.

Lời giải:

Theo phương chuyển động ta có:

+$F.\sin \alpha +N-P=0\Rightarrow N=P-F.\sin \alpha$

+$F\cos \alpha -F_{mst}=ma$

$\Rightarrow F\cos \alpha -\mu \left(P-F\sin \alpha \right)=ma\Rightarrow F=\frac{ma+\mu P}{\cos \alpha +\mu \sin \alpha }=\frac{\mathrm{2,5.1,5}+\mathrm{0,25.2,5.10}}{\cos {30}^o+\mathrm{0,25}\sin {30}^o}\approx \mathrm{10,1}N$

Xem thêm các bài giải sách bài tập Vật lí 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 17: Trọng lực và lực căng

Bài 18: Lực ma sát

Bài 19: Lực cản và lực nâng

Bài 21: Moment lực. Cân bằng của vật rắn

Bài tập cuối chương 3

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.