Lực ma sát công thức cách tính, lực ma sát trượt, ma sát lăn, ma sát nghỉ và bài tập - Vật lý 10 bài 13

Bài viết này chúng ta cùng tìm hiểu lực ma sát là gì? độ lớn của lực ma sát trượt như thế nào? hệ số ma sát trượt là gì? công thức cách tính lực ma sát trượt ra sao? lực ma sát lăn xuất hiện khi nào, thế nào là lực ma sát nghỉ, đặc điểm và vài trò của lực ma sát nghỉ?

Việc nghiên cứu lực ma sát sẽ giúp ta nhận ra và giải thích được nhiều hiện tượng mà ta không ngờ là đã có lực ma sát tham gia, thậm chí giữ vai trò chủ yếu.

I. Lực ma sát trượt

- Xuất hiện ở mặt tiếp xúc của vật đang trượt trên một bề mặt.

- Có hướng ngược với hướng của vận tốc;

1. Thí nghiệm đo độ lớn của lực 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.

2. Độ lớn của lực ma sát trượt có đặc điểm gì, phụ thuộc yếu tố nào?

- 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 2 mặt tiếp xúc.

3. Hệ số ma sát trượt

- Hệ số tỉ lệ giữa độ lớn của lực ma sát trượt và độ lớn của áp lực gọi là hệ số ma sát trượt.

 - Ký hiệu: 

- Hệ số ma sát trượt μ_t phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc

4. Công thức tính lực ma sát trượt

- Công thức: 

II. Lực ma sát lăn

- Lực ma sát lăn xuất hiện ở chỗ tiếp xúc của vật với bề mặt mà vật lăn trên đó để cản trở chuyển động lăn.

- Lực ma sát lăn rất nhỏ so với ma sát trượt.

III. Lực ma sát nghỉ

1. Thế nào là lực ma sát nghỉ

- Khi tác dụng vào vật một lực song song với mặt tiếp xúc nhưng vật chưa chuyển động thì mặt tiếp xúc đã tác dụng vào vật một lực ma sát nghỉ cân bằng với ngoại lực.

2. Những đặc điểm của lực ma sát nghỉ

- Lực ma sát nghỉ có hướng ngược với hướng của lực tác dụng song song với mặt tiếp xúc, có độ lớn bằng độ lớn của lực tác dụng, khi vật còn chưa chuyển động.

- Ma sát nghỉ có một giá trị cực đại đúng bằng ngoại lực tác dụng song song với mặt tiếp xúc khi vật bắt đầu trượt.

- Khi vật trượt, lực ma sát trượt nhỏ hơn ma sát nghỉ cực đại.

3. Vai trò của lực ma sát nghỉ

- Nhờ có lực ma sát nghỉ ta mới cầm nắm được các vật trên tay, đinh mới được giữ lại ở tường, sợi mới kết được thành vải;

- Nhờ có lực ma sát nghỉ mà dây cua roa chuyển động, băng chuyền chuyển được các vật từ nơi này đến nơi khác;

- Đối với người, động vật, xe cộ, lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực phát động. 

IV. Bài tập về Lực ma sát trượt, ma sát lăn, ma sát nghỉ

* Bài 1 trang 78 SGK Vật Lý 10: Nêu những đặc điểm của lực ma sát trượt.

° Lời giải bài 1 trang 78 SGK Vật Lý 10:

¤ Lực trượt ma sát: Xuất hiện ở mặt tiếp xúc khi vật này chuyển động trượt trên vật khác, Có hướng ngược hướng của vận tốc, có độ lớn không phụ thuộc vào diện tích mặt tiếp xúc và tốc độ của vật, tỉ lệ với độ lớn của áp lực, phụ thuộc vật liệu và tình trạng hai mặt tiếp xúc.

- Công thức : F_mst = μ_t.N 

 N: áp lực

 μ_t: hệ số ma sát trượt

* Bài 2 trang 78 SGK Vật Lý 10: Hệ số ma sát trượt là gì? Nó phụ thuộc vào những yếu tố nào? Viết công thức của lực ma sát trượt.

° Lời giải bài 2 trang 78 SGK Vật Lý 10:

- Hệ số tỉ lệ giữa độ lớn của lực ma sát trượt và độ lớn của áp lực gọi là hệ số ma sát trượt.

- Hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc và được dùng để tính lực ma sát trượt.

- Công thức của lực ma sát trượt: F_mst = μ_t.N

 Trong đó: μ_t là hệ số ma sát

* Bài 3 trang 78 SGK Vật Lý 10: Nêu những đặc điểm của lực ma sát nghỉ.

° Lời giải bài 3 trang 78 SGK Vật Lý 10:

¤ Đặc điểm của lực ma sát nghỉ là:

- Xuất hiện ở mặt tiếp xúc của một vật với bề mặt để giữ cho vật đứng yên trên bề mặt đó khi vật bị một lực tác dụng song song với bề mặt tiếp xúc.

- Có độ lớn cực đại. Lực ma sát nghỉ cực đại lớn hơn lực ma sát trượt.

- Công thức: F_msmax = μ_n.N

- Trong đó: μ_n là hệ số ma sát nghỉ; N là áp lực lên mặt tiếp xúc.

* Bài 4 trang 78 SGK Vật Lý 10: Trong các cách viết công thức của lực ma sát trượt dưới đây, cách viết nào đúng?

A.    B. 

C.    D. 

° Lời giải bài 4 trang 78 SGK Vật Lý 10:

¤ Chọn đáp án: D.

- Vì công thức của ma sát trượt bằng tích hệ số ma sát trượt và độ lớn áp lực.

* Bài 5 trang 78 SGK Vật Lý 10: Quyển sách nằm yên trên mặt bàn nằm ngang có chịu lực ma sát nghỉ hay không?

° Lời giải bài 5 trang 78 SGK Vật Lý 10:

- Quyển sách nằm yên trên mặt bàn không chịu lực ma sát nghỉ. Trường hợp này trọng lực cân bằng với phản lực của mặt bàn.

* Bài 6 trang 79 SGK Vật Lý 10: Điều gì xảy ra đối với hệ số ma sát giữa hai mặt tiếp xúc nếu lực ép hai mặt đó tăng lên?

A.Tăng lên;     B.Giảm đi;

C.Không thay đổi;    D.Không biết được.

° Lời giải bài 6 trang 79 SGK Vật Lý 10:

¤ Chọn đáp án: C.Không thay đổi;

- Khi lực ép (áp lực) lên mặt tiếp xúc tăng thì lực ma sát tăng. Hệ số ma sát chỉ phụ thuộc vào tính chất của mặt tiếp xúc (vật liệu, tình trạng mặt tiếp xúc).

* Bài 7 trang 79 SGK Vật Lý 10: Một vận động viên môn hốc cây (môn khúc quân cầu) dùng gậy gạt quả bóng để truyền cho nó một tốc độ đầu 10 m/s. Hệ số ma sát trượt giữa quả bóng và mặt băng là 0,10. Lấy g = 9,8 m/s². Hỏi quả bóng đi được một đoạn đường bao nhiêu thì dừng lại?

A.39(m)     B.45(m)     C.51(m)    D. 57(m).

° Lời giải bài 7 trang 79 SGK Vật Lý 10:

¤ Chọn đáp án: C.51(m)

- Chọn chiều chuyển động của quả bóng là chiều dương.

- Trong quá trình chuyển động, bóng chịu tác dụng của 3 lực: Trọng lực P, phản lực N và lực ma sát F_ms.

- Áp dụng định luật II Newton ta có:  (*)

- Chiếu (*) xuống phương chuyển động, ta có:

-  Quãng đường quả bóng lăn là, áp dụng công thức:

* Bài 8 trang 79 SGK Vật Lý 10: Một tủ lạnh có trọng lượng 890 N chuyển động thẳng đều trên sàn nhà. Hệ số ma sát trượt giữa tủ lạnh và sàn nhà là 0,51. Hỏi lực đẩy tủ lạnh theo phương ngang bằng bao nhiêu ? Với lực đẩy tìm được có thể làm cho tủ lạnh chuyển động từ trạng thái nghỉ được không?

° Lời giải bài 8 trang 79 SGK Vật Lý 10:

- Chọn chiều dương là chiều chuyển động.

- Trong quá trình chuyển động, tủ lạnh chịu tác dụng của 4 lực: Trọng lực P, phản lực N, lực ma sát F_ms, lực đẩy F_d.

- Áp dụng định luật II Newton, ta có:  (*)

- Chiếu (*) lên phương chuyển động ta có:  

(Vì trọng lực, phản lực cân bằng nhau theo phương thẳng đứng nên N = P = 890(N)).

⇒ Với giá trị của lực đẩy này, ta không thể làm tủ lạnh chuyển động được từ trạng thái nghỉ vì hợp lực tác dụng lên vật bị triệt tiêu (bằng 0) vật đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên.