Bài toán vật CĐ có ma sát trượt, lăn. Những điểm cần lưu ý!
I. Cơ sở lý thuyết
1. Những đặc trưng của lực ma sát trượt
Khi nghiên cứu về một loại lực nào đó ngoài việc trả lời câu hỏi"Lực đó xuất hiện khi nào, có tác dụng gì?" ta còn cần quan tâm tới các đặc điểm của lực như: Nó đặt vào đâu trên vật chịu lực, có phương chiều như thế nào, được xác định bởi biểu thức gì? Dưới đây ta có thể tóm tắt các đặc điểm đó như sau:
* Điểm đặt của lực ma sát trượt: Đặt vào vật, nằm trong phần tiếp xúc giữa vật với sàn trượt
* Hướng: Cùng phương và ngược chiều với vận tốc tương đối của vật đối với mặt tiếp xúc.
* Độ lớn:
- Không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc.
- Phụ thuộc vào chất liệu và tình trạng bề mặt tiếp xúc.
- Tỉ lệ với áp lực mà vật tác dụng lên mặt tiếp xúc.
\[F_{mst} = \mu Q\]
Trên hình vẽ ta thấy khi vật chuyển động vật sẽ nén lên sàn trượt một lực là Q, theo định luật III Newton sàn trượt phản lại vật một phản lực N. Ta có
\[\vec{N} = -\vec{Q}\]
=> ta được Q=N vậy biểu thức lực ma sát có thể viết:
\[F_{mst} = \mu N(1)\]
II. Lưu ý khi giải bài toán vật chuyển động có ma sát.
Khi tính lực ma sát trượt theo công thức(1) học sinh thường lấy N=p=mg vì cho rằng N luôn cân bằng với P khi vật chuyển động. Điều này quả thật rất sai lầm. Để làm rõ vấn đề này ta xét ví dụ sau:
Vật m CĐ dưới tác dụng của lực F có phương hợp với phương chuyển động một góc \[\alpha\] trong hai trường hợp
a. F hướng lên
b. F hướng xuống
Phân tích:
a./ Ta thấy trong trường hợp F hướng lên
theo phương vuông góc với phương chuyển động vật không chuyển động. Theo định luật I newton tổng hợp lực tác dụng lên vật trong trường hợp này phải bằng 0 suy ra ta có:
\[\vec{P}+\vec{N}+\vec{F_y}=0 (2)\] chiếu (2) lên phương OY ta được:
\[P-N-F_y = 0 => N=P - F_y = P-Fsin \alpha\]
trong trường hợp này N nhỏ hơn P điều này là do áp lực mà vật nén lên sàn nhỏ hơn trọng lượng của vật. Vậy tại sao? Chính thành phần \[F_y\] đã làm giãm áp lực của vật lên sàn trượt.
b./ Trong trường hợp F hướng xuống
theo phương thẳng đứng OY vật không chuyển động nên ta vẫn có:
\[\vec{P}+\vec{N}+\vec{F_y}=0 (3)\]
chiếu (2) lên phương OY ta được:
\[P-N+F_y = 0 => N=P +F_y = P+Fsin \alpha\]
trong trường hợp này N lớn hơn P điều này là do áp lực mà vật nén lên sàn lớn hơn trọng lượng của vật. Vậy tại sao? Chính thành phần \[F_y\] đã làm tăng áp lực của vật lên sàn trượt.
I. Cơ sở lý thuyết
1. Những đặc trưng của lực ma sát trượt
Khi nghiên cứu về một loại lực nào đó ngoài việc trả lời câu hỏi"Lực đó xuất hiện khi nào, có tác dụng gì?" ta còn cần quan tâm tới các đặc điểm của lực như: Nó đặt vào đâu trên vật chịu lực, có phương chiều như thế nào, được xác định bởi biểu thức gì? Dưới đây ta có thể tóm tắt các đặc điểm đó như sau:
* Điểm đặt của lực ma sát trượt: Đặt vào vật, nằm trong phần tiếp xúc giữa vật với sàn trượt
* Hướng: Cùng phương và ngược chiều với vận tốc tương đối của vật đối với mặt tiếp xúc.
* Độ lớn:
- Không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc.
- Phụ thuộc vào chất liệu và tình trạng bề mặt tiếp xúc.
- Tỉ lệ với áp lực mà vật tác dụng lên mặt tiếp xúc.
\[F_{mst} = \mu Q\]
Trên hình vẽ ta thấy khi vật chuyển động vật sẽ nén lên sàn trượt một lực là Q, theo định luật III Newton sàn trượt phản lại vật một phản lực N. Ta có
\[\vec{N} = -\vec{Q}\]
=> ta được Q=N vậy biểu thức lực ma sát có thể viết:
\[F_{mst} = \mu N(1)\]
II. Lưu ý khi giải bài toán vật chuyển động có ma sát.
Khi tính lực ma sát trượt theo công thức(1) học sinh thường lấy N=p=mg vì cho rằng N luôn cân bằng với P khi vật chuyển động. Điều này quả thật rất sai lầm. Để làm rõ vấn đề này ta xét ví dụ sau:
Vật m CĐ dưới tác dụng của lực F có phương hợp với phương chuyển động một góc \[\alpha\] trong hai trường hợp
a. F hướng lên
b. F hướng xuống
Phân tích:
a./ Ta thấy trong trường hợp F hướng lên
theo phương vuông góc với phương chuyển động vật không chuyển động. Theo định luật I newton tổng hợp lực tác dụng lên vật trong trường hợp này phải bằng 0 suy ra ta có:
\[\vec{P}+\vec{N}+\vec{F_y}=0 (2)\] chiếu (2) lên phương OY ta được:
\[P-N-F_y = 0 => N=P - F_y = P-Fsin \alpha\]
trong trường hợp này N nhỏ hơn P điều này là do áp lực mà vật nén lên sàn nhỏ hơn trọng lượng của vật. Vậy tại sao? Chính thành phần \[F_y\] đã làm giãm áp lực của vật lên sàn trượt.
b./ Trong trường hợp F hướng xuống
theo phương thẳng đứng OY vật không chuyển động nên ta vẫn có:
\[\vec{P}+\vec{N}+\vec{F_y}=0 (3)\]
chiếu (2) lên phương OY ta được:
\[P-N+F_y = 0 => N=P +F_y = P+Fsin \alpha\]
trong trường hợp này N lớn hơn P điều này là do áp lực mà vật nén lên sàn lớn hơn trọng lượng của vật. Vậy tại sao? Chính thành phần \[F_y\] đã làm tăng áp lực của vật lên sàn trượt.
