CHỦ ĐỀ 2. LỰC VÀ CHUYỂN ĐỘNG

BÀI 1-2: LỰC VÀ GIA TỐC – MỘT SỐ LỰC THƯỜNG GẶP

1. NHẬN BIẾT

Câu 1: Nêu định nghĩa Trọng lực?

Trả lời:

Trọng lực là lực hút của Trái Đất tác dụng vào các vật và gây ra cho chúng gia tốc rơi tự do

Câu 2: Có những loại lực ma sát nào?

Trả lời:

• Lực ma sát nghỉ: là lực ma sát tác dụng lên mặt xúc của vật, khi vật có xu hướng chuyển động nhưng chưa chuyển động
• Lực ma sát trượt: là lực ma sát xuất hiện ở mặt tiếp xúc của vật đang trượt trên một bề mặt
• Lực cản của chất lưu: có tác dụng tương tự như lực ma sát

Câu 3: Nêu đặc điểm của Lực Archimedes?

Trả lời:

Lực đẩy Archimedes tác dụng lên vật có điểm đặt tại vị trí trùng với trọng tâm của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ, có phương thẳng đứng, có chiều từ dưới lên trên, có độ lớn bằng trọng lượng phần chất lỏng bị chiếm chỗ

2. THÔNG HIỂU

Câu 4: Một vật trượt có ma sát trên một mặt tiếp xúc nằm ngang. Nếu diện tích tiếp xúc của vật đó giảm 2 lần thì độ lớn lực ma sát trượt giữa vật và mặt tiếp xúc sẽ:

Trả lời:

Không thay đổi

Câu 5: Nêu đặc điểm của lực ma sát trượt?

Trả lời:

• Xuất hiện ở mặt tiếp xúc của vật đang trượt trên một bề mặt
• Có hướng ngược hướng của vận tốc
• Có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của áp lực, không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ của vật

Câu 6: Hai tàu thủy, mỗi chiếc có khối lượng 50000 tấn ở cách nhau 1 km. So sánh lực hấp dẫn giữa chúng với trọng lượng của một quả cân có khối lượng 20g. Lấy g = 10m/s²

Trả lời:

Câu 7: Phải treo một vật có khối lượng bằng bao nhiêu vào lò xo có độ cứng K = 100 N/m để lò xo dãn ra được 20cm? Lấy g = 10 m/s²

Trả lời:

F_đh = kΔl = mg ⇒ 100. 0,2 = m.10 ⇒ m = 2 kg

Câu 8: Cho lò xo có chiều dài tự nhiên bằng 21 cm. Lò xo được giữ cố định một đầu, còn đầu kia chịu một lực kéo bằng 5,0 N. Khi ấy lò xo dài 25 cm. Hỏi độ cứng của lò xo bằng bao nhiêu?

Trả lời:

F = F_đh = k |l - l₀|

3. VẬN DỤNG

Câu 9: Hai tàu thuỷ có khối lượng 50000 tấn ở cách nhau 1 km. Tính lực hấp dẫn giữa chúng.

Trả lời:

Đổi: 50000 tấn = 5.10⁷ kg, 1 km = 1000 m

Độ lớn lực hấp dẫn giữa chúng là:

Câu 10: Khối lượng Mặt Trăng nhỏ hơn khối lượng Trái Đất 81 lần, khoảng cách giữa tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng gấp 60 lần bán kính Trái Đất. Lực hút của Trái Đất và của Mặt Trăng tác dụng vào cùng một vật bằng nhau tại điểm nào trên đường thẳng nối tâm của chúng?

Trả lời:

Gọi khối lượng Mặt Trăng là M ⇒ khối lượng Trái Đất là 81 M

Bán kính Trái Đất là R thì khoảng cách giữa tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng là 60 R

Gọi h là khoảng cách điểm cần tìm đến tâm Trái Đất ⇒ khoảng cách từ điểm đó đến tâm Mặt Trăng là 60R - h (R, h > 0)

Theo Câu ra: lực hút của Trái Đất tác dụng vào vật đó cân bằng với lực hút từ Mặt trăng tác dụng vào vật

F_hd1 = F_hd2

Câu 11: Trong một quả cầu đặc đồng chất, bán kính R, người ta khoét một lỗ hình cầu có bán kính R/2. Tìm lực tác dụng đặt lên vật m nhỏ cách tâm quả cầu một khoảng d. Biết khi chưa khoét, quả cầu có khối lượng M

Trả lời:

Gọi F₁ là lực hấp dẫn giữa quả cầu đã bị khoét với vật m

F₂ là lực hấp dẫn giữa quả cầu đã bị khoét đi với vật m

F là lực hấp dẫn giữa quả cầu đã bị khoét đi với vật m

F = F₁ + F₂ ⇒ F₁ = F – F₂

Vì khối lượng tỉ lệ với thể tích

Câu 12: Tính trọng lượng của một nhà du hành vũ trụ có khối lượng 75 kg khi người đó ở

1. trên Trái Đất (g = 9,8 m/s²).
2. trên Mặt Trăng (g = 1,7 m/s²).
3. trên Kim tinh (g = 8,7 m/s²).

Trả lời:

1. Trọng lượng của một nhà du hành vũ trụ khi ở trên Trái Đất là:

P = mg = 75. 9,8 = 735 N

1. Trọng lượng của một nhà du hành vũ trụ khi ở trên Mặt Trăng là:

P = mg = 75.1,7 = 127,5 N

1. Trọng lượng của một nhà du hành vũ trụ khi ở trên Kim tinh là:

P = mg = 75. 8,7 = 652,5 N

Câu 13: Một vật khối lượng 1 kg, ở trên mặt đất có trọng lượng 10 N. Khi chuyển động tới một điểm cách tâm Trái Đất 2R (R là bán kính Trái Đất) thì nó có trọng lượng bằng bao nhiêu?

Trả lời:

Khi chuyển động tới một điểm cách tâm Trái Đất 2R ⇒ h = R

Mà ta có tỉ số:

Câu 14: Một lò xo được giữ cố định một đầu. Khi tác dụng vào đầu kia của nó lực kéo F₁ = 1,8 N thì nó có chiều dài l₁ = 17 cm. Khi lực kéo là F₂ = 4,2 N thì nó có chiều dài là l₂ = 21 cm. Tính độ cứng và chiều dài tự nhiên của lò xo

Trả lời:

Lực tác dụng vào lò x_o là lực kéo suy ra lò xo bị dãn, l > l₀. Đồng thời khi lò xo đứng yên thì lực kéo cân bằng với lực đàn hồi

Ta có: F₁ = k (l₁ – l₀)

F₂ = k (l₂ – l₀)

⇒ l₀ = 0,14 m

⇒ k = 60 N/m

Câu 15: Một lò xo có chiều dài tự nhiên là l₀ = 24 cm, độ cứng k = 100 N/m. Người ta cắt lò xo này thành hai lò xo có chiều dài là l₁ = 8 cm, l₂ = 16 cm. Tính độ cứng của mỗi lò xo tạo thành

Trả lời:

Lò xo bị cắt: k.l₀ = k₁l₁ = k₂l₂

⇒ 24.100 = k₁.8 = k₂.16

⇒ k₁ = 300 N/m; k₂ = 150 N/m

Câu 16: Một ô tô khối lượng 1,5 tấn chuyển động thẳng đều trên đờng. Hệ số ma sát lăn giữa bánh xe và mặt đường là 0,08. Tính lực làm cản trở chuyển động của xe trên mặt đường (bỏ qua lực cản không khí)

Trả lời:

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

Fmsl = μ_l.N = μ_l.mg = 0,08. 1500.9,8 = 1176 N

Câu 17: Vật đặt trên định dốc dài 165 m, hệ số ma sát μ = 0,2, góc nghiêng dốc là α

1. Với giá trị nào của α thì vật nằm yên không trượt?
2. Cho α = 30°. Tìm thời gian vật xuống dốc và vận tốc vật ở chân dốc

Cho tan11° = 0,2; cos30° = 0,85

Trả lời:

1. Để vật nằm yên không trượt:

tanα ≤ μ ⇒ α ≤ 11°

1. Vật trượt xuống dốc:

a = gsinα - μgcosα

= 10.sin30° - 0,2.10.cos30° = 3,3 m/s²

v = 33 m/s

4. VẬN DỤNG CAO

Câu 18: Trong giới hạn đàn hồi của một lò xo treo thẳng đứng đầu trên gắn cố định. Treo vật khối lượng 800g thì lò xo dài 24 cm; treo vật khối lượng 600g lò xo dài 23 cm. Lấy g = 10 m/s². Tính chiều dài của lò xo khi treo vật có khối lượng 1,5 kg

Trả lời:

+ Khi treo vật m₁ = 800g = 0,8 kg:

k |l₁ - l_o| = m₁g ⇒ k |0,24 - l_o| = 8 (1)

+ Khi treo vật khối lượng m₂ = 600g = 0,6 kg

k |l₂ - l_o| = m₂g ⇒ k |0,23 - l_o| = 6 (2)

Giải (1) và (2) ⇒ l₀ = 20 cm hoặc l₀ = 164/7 cm

Vì đầu trên gắn cố định nên khi treo vật vào, lò xo sẽ dãn ⇒ l₀ > 23 cm

Vậy l₀ = 20 cm = 0,2 m

⇒ k = 200 N/m

+ Khi treo vật m₃ = 1,5 kg

k |l₃ - l_o | = m₃g ⇒ 200.(l3 – 20) = 1,5.10 ⇒ l3 = 27,5 cm

Câu 19: Treo vật 200g vào lò xo có một đầu gắn cố định chiều dài 34 cm; treo thêm vật 100g thì lò xo dài 36 cm. Tính chiều dài ban đầu của lò xo và độ cứng của lò xo, lấy g = 10 m/s²

Trả lời:

Vì treo thêm vật nặng mà chiều dài lò xo lớn hơn suy ra đầu trên lò xo gắn cố định và chiều dài ban đầu l₀ < 34 cm

+ Khi treo vật có khối lượng m₁ = 0,2 kg:

k |l₁ - l₀| = m₁g ⇒ k |0,34 - l₀| = 2 (1)

+Khi treo thêm vật có khối lượng m₂ = 0,1 kg:

k |l₂ - l₀| = (m₁ + m₂ )g ⇒ k |0,36 - l₀| = 3 (2)

Giải (1) và (2) ⇒ l₀ = 0,3 m hoặc l₀ = 0,348 m

Áp dụng điều kiện l₀ < 0,34 m ⇒ l₀ = 0,3 m và k = 50 N/m

Câu 20: Một vật khối lượng m = 1 kg được kéo chuyển động trượt theo phương nằm ngang bởi lực F→ hợp với phương ngang một góc 30°. Độ lớn F = 2 N. Sau khi bắt đầu chuyển động được 2s, vật đi được quãng đường 1,66 m. Cho g = 10 m/s². Tính hệ số ma sát trượt giữa vật và mặt sàn

Trả lời:

Chọn chiều dương như hình vẽ, gốc thời gian là lúc vật bắt đầu chuyển động

Áp dụng định luật II Newton:

F_ms→ + P→ + N→ + F₁→ + F₂→ = m.a→

Chiếu phương trình lên chiều dương phương ngang, ta có:

- Fms + F₂ = ma (1)

Chiếu phương trình lên chiều dương phương thẳng đứng, ta có:

N + F₁ = P

⇒ N = mg – F.sin30°

⇒ phương trình (1) trở thành: - μ( mg - F.sin30° ) + F.cos30° = ma (2)

Lại có:

Thay vào phương trình (2):

- μ(1.10 - 2.sin30°) + 2.cos30° = 1.0,83

⇒ μ = 0,1