Vật lí 10 Bài 17–19: Trọng lực, lực căng, ma sát và lực cản
Học liệu bổ trợ Bài 17: Trọng lực và lực căng, Bài 18: Lực ma sát và phần lực cản của Bài 19: Lực cản và lực nâng. Cần bổ sung phần lực nâng.
Mục tiêu và kiến thức nền
Nhận diện các lực thường gặp; chọn mô hình và lập phương trình chuyển động.
Chuẩn bị: đọc đơn vị, đổi đơn vị SI và tính toán với số, vectơ đơn giản.
Trọng lực và lực căng
Trọng lực gần mặt đất có độ lớn P = mg và hướng thẳng đứng xuống. Lực căng của dây kéo vật dọc theo dây, ra xa vật; dây mềm không đẩy vật. Trong mô hình dây nhẹ không giãn qua ròng rọc lí tưởng, lực căng hai nhánh bằng nhau; không tự áp dụng nếu đề không cho điều kiện lí tưởng.
Ma sát phụ thuộc tình trạng tiếp xúc
Ma sát trượt chống lại chuyển động trượt tương đối giữa hai bề mặt, có độ lớn xấp xỉ μN. Ma sát nghỉ tự điều chỉnh để ngăn trượt và có giới hạn; không luôn bằng μN. Lực ma sát có thể cùng chiều chuyển động của vật, như mặt đất đẩy người đi bộ về trước.
Lực cản và lực đẩy trong chất lưu
Lực cản thường ngược vận tốc tương đối với chất lưu, phụ thuộc hình dạng, diện tích cản và tốc độ. Khi vật rơi đạt tốc độ giới hạn, hợp lực bằng không chứ trọng lực không mất đi. Lực đẩy Archimedes hướng lên, độ lớn bằng trọng lượng phần chất lưu bị chiếm chỗ: F_A = ρgV_chìm.
Công thức và điều kiện áp dụng
Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Trượt trên bàn ngang
Vật 2 kg, μ = 0,2, g = 10 m/s², không có lực đứng khác: N = mg = 20 N. Ma sát trượt = 0,2×20 = 4 N. Kéo ngang 10 N thì a = (10−4)/2 = 3 m/s².
Ví dụ 2. Vật nhúng trong nước
Thể tích chìm 200 cm³ = 2×10⁻⁴ m³, ρ = 1000 kg/m³, g = 10 m/s². F_A = 1000×10×2×10⁻⁴ = 2 N. Chỉ dùng phần thể tích chìm, không mặc định toàn thể tích vật.
Lỗi thường gặp
- N không luôn bằng mg khi có lực kéo nghiêng hoặc mặt dốc.
- Ma sát nghỉ không luôn đạt cực đại.
- Lực cản bằng trọng lực không làm vật đang rơi dừng ngay.
Tự kiểm tra và vận dụng
Thử trả lời trước khi mở lời giải. Để nhập đáp án, làm từng ý đúng/sai và luyện cả chủ đề, chọn bộ luyện ở cuối bài.
Câu 1. Vật trượt ngang, N = 50 N, μ = 0,2. Ma sát trượt bằng
Xem đáp án và lời giải
Đáp án B. F_ms = μN = 0,2×50 = 10 N.
Câu 2. Vật 3 kg ở nơi g = 10 m/s² có trọng lượng bao nhiêu N?
Xem đáp án và lời giải
Đáp án: 30. P = mg = 3×10 = 30 N.
Câu 3. Đánh giá các phát biểu về lực.
- Dây mềm chỉ kéo, không đẩy.
- Lực căng luôn bằng trọng lực.
- Ma sát trượt chống trượt tương đối.
- Ma sát nghỉ luôn bằng 0.
Xem đáp án và lời giải
a) Đúng theo mô hình dây mềm. b) Sai: còn phụ thuộc chuyển động và lực khác. c) Đúng. d) Sai: ma sát nghỉ có thể cân bằng lực gây xu hướng trượt.
Câu 4. Vật 5 kg trượt trên sàn ngang, μ = 0,1, kéo ngang 15 N. Lấy g = 10 m/s². Tính a.
Xem đáp án và lời giải
N = mg = 50 N; ma sát = 5 N. Hợp lực ngang = 15 − 5 = 10 N; a = 10/5 = 2 m/s².
Câu 5. Vật chiếm chỗ 0,001 m³ nước. Tính lực đẩy, với ρ = 1000 kg/m³ và g = 10 m/s².
Xem đáp án và lời giải
F_A = ρgV = 1000×10×0,001 = 10 N, hướng thẳng đứng lên.
Câu 6. Vật đang rơi thẳng đều trong không khí. Nếu bỏ qua lực đẩy Archimedes, so sánh lực cản và trọng lực.
Xem đáp án và lời giải
Thẳng đều nên a = 0, hợp lực bằng 0. Lực cản hướng lên có độ lớn bằng mg hướng xuống. Vật vẫn có vận tốc khác không.
Sơ đồ ghi nhớ
- Trọng lực: mg
- Dây kéo dọc theo dây
- Ma sát: xét trượt tương đối
- Chất lưu: cản và lực đẩy
Học tiếp và luyện tập
Biên soạn: Gia Sư SV.