Lực ma sát

LỰC MA SÁT

A)Tóm tắt lý thuyết:

1,Lực ma sát trượt:

a, Cách xác định độ lớn của ma sát trượt.

Móc lực kế vào vật rồi kéo theo phương ngang cho vật trượt gần như thẳng đều. Khi đó, lực kế chỉ độ lớn của lực ma sát trượt tác dụng vào vật.

b, Đặc điểm của độ lớn của ma sát trượt.

-Không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ của vật.

-Tỉ lệ với độ lớn của áp lực.

-Phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc.

c, Hệ số ma sát trượt.

\[{{\mu }_{t}}=\frac{{{F}_{ms}}}{N}\]

Hệ số ma sát trượt ${{\mu }_{t}}$ phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc.

d, Công thức của lực ma sát trượt.

${{F}_{ms}}={{\mu }_{t}}.N$

Trong đó:

${{F}_{ms}}$ là độ lớn lực ma sát trượt.

N là áp lực vật đè lên mặt tiếp xúc.

${{\mu }_{t}}$ là hệ số ma sát trượt, không có đơn vị.

Vận dụng công thức tính ma sát và phương pháp động lực học.

-Công thức lực ma sát: ${{F}_{ms}}={{\mu }_{t}}.N$

-Phân tích các lực tác dụng lên vât.

-Áp dụng phương trình định luật II: $\overrightarrow{{{F}_{1}}}+\overrightarrow{{{F}_{2}}}+...+\overrightarrow{{{F}_{n}}}=m.\overrightarrow{a}$ (1)

-Chiếu pt (1) lên trục Ox: ${{F}_{1X}}+{{F}_{2X}}+...+{{F}_{nX}}$ = m.a (2)

-Chiếu pt (1) lên Oy: ${{F}_{1y}}+{{F}_{2y}}+...+{{F}_{ny}}$ = 0 (3)

-Từ (2) và (3) suy ra đại lượng cần tìm.

Với Ox là trục song song với mặt phẳng chuyển động. Trục Oy là trục vuông góc với chuyển động.

2,Lực ma sát lăn:

-Xuất hiện khi một vật lăn trên bề mặt của vật khác cản trở chuyển động lăn, độ lớn của lực ma sát lăn luôn nhỏ hơn lực ma sát trượt vì vậy đẩy một chiếc xe có bánh xe sẽ nhẹ nhàng hơn rất nhiều so với đẩy vật cùng khối lượng trượt trên sàn.

${{F}_{ms}}={{\mu }_{l}}.N$

-Khi một vật lăn trên một vật khác, xuất hiện nơi tiếp xúc và cản trở chuyển động lăn. Lực ma sát lăn có đặc điểm như lực ma sát trượt.

3,Lực ma sát nghỉ:

-Xuất hiện tại bề mặt tiếp xúc, do bề mặt tiếp xúc tác dụng lên vật khi có ngoại lực giúp cho vật đứng yên tương đối trên bề mặt của vật khác hoặc thành phần của ngoại lực song song bề mặt tiếp xúc tác dụng lên vật có xu hướng chuyển động.

${{F}_{ms}}={{F}_{t}}$

${{F}_{t}}$ là ngoại lực hoặc thành phần ngoại lực song song với bề mặt tiếp xúc.

-Đặc điểm:

+ Điểm đặt: lên vật sát bề mặt tiếp xúc.

+ Phương: song song với bề mặt tiếp xúc.

+ Chiều: ngược chiều với lực (hợp lực) của ngoại lực (các ngoại lực và thành phần của ngoại lực song song với bề mặt tiếp xúc $\overrightarrow{{{F}_{t}}}$.

B)Ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Một ô tô khối lượng 1,5 tấn chuyển động thẳng đều trên đường. Hệ số ma sát lăn giữa bánh xe và mặt đường là 0,08. Tính lực làm cản chuyển động của xe trên mặt đường (bỏ qua lực cản không khí).

A.1176N B.1716N C.1167N D.1617N

Hướng dẫn

Lực làm cản trở chuyển động của xe trên mặt đường là lực ma sát:

${{F}_{ms}}={{\mu }_{l}}.N={{\mu }_{l}}.mg=0,08.1500.9,8$ = 1176 N.

Chọn đáp án A.

Ví dụ 2: Một toa tàu có khối lượng m = 80 tấn chuyển động thẳng đều dưới tác dụng của lực kéo F = 6.10$^{4}$N. Xác định lực ma sát và hệ số ma sát giữa toa tàu với mặt đường.

A.0,025 B.0,05 C.0,075 D.0,01

Hướng dẫn

Tàu chuyển động thẳng đều $\Rightarrow \overrightarrow{{{F}_{ms}}}$ cân bằng với $\overrightarrow{F}$

$\Rightarrow {{F}_{ms}}=\mu mg={{6.10}^{4}}$ N

$\Rightarrow \mu =\frac{{{6.10}^{4}}}{{{80.10}^{3}}.10}=0,075$

Chọn đáp án C.

Ví dụ 3: Một đầu máy tạo ra một lực kéo để kéo một toa xe có khối lượng m = 3 tấn chuyển động với gia tốc a = 0,2 m/s$^{2}$. Biết hệ số ma sát giữa toa xe với mặt đường là k = 0,02. Hãy xác định lực kéo của đầu máy. Cho g = 9,8 m/s$^{2}$.

A.112,6N B.114,6N C.116,6N D.117,6N

Hướng dẫn

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của to axe.

Áp dụng định luật II Newton:

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

Chiếu phương trình trên lên chiều dương ta có:

$F-{{F}_{ms}}=ma$

$\Rightarrow F=ma+kmg={{3.10}^{3}}.(0,2+0.02.9,8)=117,6N$

Chọn đáp án D.

Ví dụ 4: Một chiếc tủ có trọng lượng 1000N đặt trên sàn nhà nằm ngang. Hệ số ma sát nghỉ giữa tủ và sàn là 0,6. Hệ số ma sát trượt là 0,5. Người ta muốn dịch chuyển tủ nên đã tác dụng vào tủ lực theo phương nằm ngang có độ lớn?

A.450N B.500N C.550N D.610N

Hướng dẫn

Muốn vật dịch chuyển theo phương nằm ngang thì ta cần tác dụng một lực có độ lớn hơn độ lớn của lực ma sát nghỉ:

$F>{{F}_{ms}}={{\mu }_{n}}.P$ = 0,6.1000 = 600N

Trong 4 đáp án chỉ có đáp án D thỏa mãn.

Chọn đáp án D.

Ví dụ 5: Một ô tô có khối lượng m = 1,5 tấn chuyển động trên đường nằm ngang chịu tác dụng của lực phát động 3300N. Cho xe chuyển động với vận tốc đầu 10 m/s. Sau khi đi 75m đạt vận tốc 72 km/h. Lực ma sát giữa xe và mặt đường có độ lớn là:

A.100N B.200N C.300N D.400N

Hướng dẫn

Ta có: ${{v}^{2}}-v_{0}^{2}=2aS$

$\Rightarrow a=\frac{{{20}^{2}}-{{10}^{2}}}{2.75}=2m/{{s}^{2}}$

Áp dụng định luật II Newton và chiếu lên chiều chuyển động của vật:

$-{{F}_{ms}}+F=ma$

$\Rightarrow {{F}_{ms}}=3300-1,{{5.10}^{3}}.2=300N$

Chọn đáp án C.

Ví dụ 6: Một người đẩy một vật trượt thẳng nhanh dần đều trên sàn nhà nằm ngang với một lưc nằm ngang có độ lớn 400N. Khi đó, độ lớn lực ma sát trượt tác dụng lên vật sẽ:

A.lớn hơn 400N

B.nhỏ hơn 400N

C.bằng 400N

D.bằng độ lớn phản lực của sàn nhà tác dụng lên vật

Hướng dẫn

Vật chuyển động thẳng nhanh dần đều $\Rightarrow $ a > 0

Áp dụng định luật II Newton và chiếu lên chiều chuyển động của vật, ta có:

$-{{F}_{ms}}+F=ma$

$\Rightarrow {{F}_{ms}}=F-ma$

$\Rightarrow {{F}_{ms}}

Chọn đáp án B.

Ví dụ 7: Chọn phát biểu đúng ?

A.Lực ma sát nghỉ có giá nằm ngoài mặt tiếp xúc giữa hai vật.

B.Lực ma sát nghỉ có chiều cùng chiều với ngoại lực.

C.Lực ma sát nghỉ chỉ xuất hiện khi có ngoại lực tác dụng lên vật.

D.Độ lớn của lực ma sát nghỉ ${{F}_{msn}}>{{\mu }_{n}}N$.

Hướng dẫn

A – sai vì: Lực ma sát nghỉ có giá luôn nằm trong mặt tiếp xúc giữa hai vật.

B – sai vì: Lực ma sát nghỉ có chiều ngược chiều với ngoại lực.

C – đúng.

D – sai vì: Độ lớn của lực ma sát nghỉ ${{F}_{msn}}\le {{\mu }_{n}}N$.

Chọn đáp án C.

Ví dụ 8: Một xe khối lượng m = 1 tấn chuyển động trên mặt đường ngang. Hệ số ma sát lăn giữa bánh xe và mặt đường là 0,2. Tính lực kéo của động cơ biết từ lúc bắt đầu chuyển động đến khi đạt vận tốc 36 km/h vật đi được quãng đường 400m.

A.1225N B.2215N C.1525N D.2125N

Hướng dẫn

Áp dụng định luật II Newton, ta có:

$\overrightarrow{F}+\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}+\overrightarrow{{{F}_{ms}}}=m.\overrightarrow{a}$ (1)

Chiếu phương trình (1) lên chiều chuyển động của vật, ta có:

$-{{F}_{ms}}+F=ma$

$\Rightarrow F=\mu mg+m.\frac{{{v}^{2}}-v_{0}^{2}}{2S}$ = 2125 N

Chọn đáp án D.

Ví dụ 9: Một xe điện đang chạy với vận tốc 36 km/h thì bị hãm lại đột ngột. Bánh xe không lăn nữa mà chỉ trượt lên đường ray. Kể từ lúc hãm, xe điện còn đi được bao xa thì dừng hẳn? Biết hệ số ma sát trượt giữa bánh xe và đường ray là 0,2. Lấy g = 9,8 m/s$^{2}$.

A.12,51m B.25,51m C.21,51m D.51,21m

Hướng dẫn

Đổi 36 km/h = 10m/s

Kể từ lúc hãm xe, lực ma sát đóng vai trò cản trở chuyển động khiến xe dừng lại.

Áp dụng định luật II Newton, ta có:

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

Chiếu lên chiều chuyển động:

$-{{F}_{ms}}=ma\Leftrightarrow -\mu mg=ma$

$\Rightarrow a=-\mu g=-1,96m/{{s}^{2}}$

Quãng đường vật đi được kể từ lúc hãm phanh đến khi dừng hẳn:

$S=\frac{{{v}^{2}}-v_{0}^{2}}{2a}=\frac{{{0}^{2}}-{{10}^{2}}}{2.(-1,96)}$ = 25,51m

Chọn đáp án B.

Ví dụ 10: Một ô tô có khối lượng m = 1,5 tấn chuyển động trên đường nằm ngang chịu tác dụng của lực phát động 3300 N cho g = 10 m/s$^{2}$. Xe đang chuyển động thẳng đều với vận tốc 72 km/h thì tắt máy. Hỏi thời gian từ lúc tắt máy đến khi xe dừng hẳn là bao lâu? Coi lực ma sát không đáng kể.

A.7,1s B.8,1s C.9,1s D.6,1s

Hướng dẫn

Ban đầu, xe chuyển động thẳng đều $\Rightarrow {{F}_{ms}}=F=3300N$

Khi tắt máy: $-{{F}_{ms}}=ma\Rightarrow a=-2,2m/{{s}^{2}}$

Thời gian từ lúc tắt máy đến khi dừng hẳn:

$t=\frac{v-{{v}_{0}}}{a}=\frac{0-20}{-2,2}=9,1s$

Chọn đáp án C.

C)Bài tập tự luyện:

Câu 1: Chọn phát biểu đúng ?

A.Khi có lực đặt vào vật mà vật vẫn đứng yên nghĩa là đã có lực ma sát.

B.Lực ma sát tỉ lệ với diện tích tiếp xúc.

C.Lực ma sát trượt luôn tỉ lệ với trọng lượng của vật.

D.Tất cả A, B, C đều sai.

Câu 2: Lực ma sát nghỉ xuất hiện khi:

A.có ngoại lực tác dụng lên vật. Ngoại lực này có xu hướng làm cho vật chuyển động và đủ để thắng lực ma sát.

B.có nội lực tác dụng lên vật. Nội lực này có xu hướng làm cho vật chuyển động nhưng chưa đủ để thắng lực ma sát.

C.có ngoại lực tác dụng lên vật. Ngoại lực này có xu hướng làm cho vật chuyển động nhưng chưa đủ để thắng lực ma sát.

D.có nội lực tác dụng lên vật. Nội lực này có xu hướng làm cho vật chuyển động và đủ để thẳng lực ma sát.

Câu 3: Lực ma sát trượt xuất hiện:

A.ở phía dưới mặt tiếp xúc khi hai vật đặt trên bề mặt của nhau.

B.ở mặt tiếp xúc khi hai vật trượt trên bề mặt của nhau.

C.khi hai vật đặt gần nhau.

D.khi có hai vật ở cạnh nhau.

Câu 4: Chọn phát biểu sai:

A.Lực ma sát trượt xuất hiện ở mặt tiếp xúc khi hai vật trượt trên bề mặt của nhau.

B.Lực ma sát trượt có phương cùng phương với vận tốc tương đối của vật ấy với vật kia.

C.Độ lớn của lực ma sát trượt: ${{F}_{mst}}={{\mu }_{t}}N$.

D.${{\mu }_{t}}$ không phụ thuộc vào tính chất của các mặt tiếp xúc.

Câu 5: Chọn phát biểu đúng:

A.Hệ số ma sát trượt lớn hơn hệ số ma sát nghỉ.

B.Lực ma sát luôn ngăn cản chuyển động của vật.

C.Hệ số ma sát trượt phụ thuộc diện tích tiếp xúc.

D.Lực ma sát xuất hiện thành từng cặp trực đối đặt vào hai vật tiếp xúc.

Câu 6: Một vật trượt trên một mặt phẳng, khi tốc độ của vật tăng thì hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng:

A.không đổi.

B.giảm xuống.

C.tăng tỉ lệ với tốc độ của vật.

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

Câu 7: Lực ma sát trượt:

A.chỉ xuất hiện khi vật đang chuyển động chậm dần.

B.phụ thuộc vào độ lớn của áp lực.

C.tỉ lệ thuận với vận tốc của vật.

D.phụ thuộc vào diện tích mặt tiếp xúc.

Câu 8: Một người kéo một thùng hang chuyển động, lực tác dụng vào người làm người đó chuyển động về phía trước là:

A.lực của người kéo tác dụng vào mặt đất.

B.lực của thùng hàng tác dụng vào người kéo.

C.lực của người kéo tác dụng vào thùng hàng.

D.lực mặt đất tác dụng vào bàn chân người kéo.

Câu 9: Cần kéo một vật trọng lượng 20N với một lực bằng bao nhiêu để vật chuyển động đều trên một mặt sàn ngang. Biết hệ số ma sát trượt của vật và sàn là 0,4.

A.10N B.8N C.12N D.20N

Câu 10: Một tủ lạnh có khối lượng 90 kg trượt thẳng đều trên sàn nhà. Hệ số ma sát trượt giữa tủ lạnh và sàn nhà là 0,50. Hỏi lực đẩy tủ lạnh theo phương ngang bằng bao nhiêu? Lấy g = 10 m/s$^{2}$.

A.F = 45N B.F = 450N C.F > 450N D.F = 900N

Đáp án: