Để hoàn thành bài tập công cơ học vật lí lớp 10 dạng bài tính công của các lực thành phần, học sinh cần có kỹ năng phân tích các lực tác dụng vào một vật, áp dụng được công thức tính công cơ học để xác định được độ lớn công của các thành phần lực.
Lưu ý: công cơ học là đại lượng đại số có thể âm, có thể dương hoặc bằng 0
Bài tập công cơ học, công suất, bảo toàn công thuộc chương trình vật lí lớp 10 chủ đề năng lượng
Sử dụng công thức tính công cơ học ở dưới đây, dưới 2 góc nhìn để có thể tính giá trị công cơ học một cách nhanh chóng.
Công thức tính cơ học:
A = F × s × cosα = F × cosα × s = F// × s
Giải thích 1:
- A: công cơ học gọi tắt là công (J)
- s: quãng đường dịch chuyển (m)
- F: độ lớn của lực tác dụng (N)
- α = $\vec{F},\vec{s}$: là góc hợp bởi véc tơ lực và véc tơ chuyển dời.
Giải thích 2:
- F// = F cos(α): là độ lớn thành phần lực song song với phương chuyển động, chỉ có thành phần lực này sinh công, còn thành phần lực vuông góc với phương chuyển động không sinh công (A = 0)
Bài công cơ học
Bài 1: Vật 2kg trượt trên sàn có hệ số ma sát 0,2 dưới tác dụng của lực không đổi có độ lớn 10N hợp với phương ngang góc 30o. Tính công của lực F và lực ma sát khi vật chuyển động được 5s, lấy g = 10m/s2.
Hướng dẫn giải Bài tập công cơ học của các lực thành phần, vật lí 10
Phân tích bài toán
m = 2kg; µ = 0,2; g = 10m/s2; F = 10N; α = 30o; t = 5s
Giải
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật
F$_{ms}$ = µ.(P – Fsinα) = 3N
Áp dụng định luật II Newton theo phương ngang:
Fcosα – F$_{ms}$ = ma = > a = 2,83m/s2
quãng đường đi được trong 5s: s = 0,5.a.t2 = 35,375(m)
$A_{F}$ = F.s.cosα = 306,4(J)
$A_{Fms}$ = F$_{ms}$.s.cos180o = -106,125(J)
Bài 2: Vật 2kg trượt lên mặt phẳng nghiêng góc 30o với vận tốc ban đầu là 4m/s, biết hệ số ma sát trượt là 0,2. Tính công của trọng lực và công của lực ma sát, cho g = 10m/s2
Hướng dẫn giải Bài tập công cơ học của các lực thành phần, vật lí 10
Phân tích bài toán
m = 2kg; α = 30o; g = 10m/s2; µ = 0,2.
vo = 4m/s; vật dừng lại v = 0;
Giải
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật.
F$_{ms}$ = µN = µ.Pcosα = µ.mg.cosα = 2√3 (N)
áp dụng định luật II Newton lên phương của mặt phẳng nghiêng
-F$_{ms}$ – Psinα = ma = > a = -6,73 (m/s2)
Quãng đường mà vật đi được trước khi dừng lại:
v2 – vo2 = 2as = > s = 1,189m
Công của trọng lực: $A_{P }$ = (Psinα).s.cos180 = -11,89 (J)
Công của lực ma sát: $A_{Fms}$ = F$_{ms}$.s.cos180 = -2,06 (J)
Bài 3: Một vật 1,5kg trượt từ đỉnh với vận tốc ban đầu 2m/s xuống chân dốc nghiêng một góc 30o so với phương ngang. Vật đạt vận tốc 6m/s khi đến chân dốc, Biết dốc dài 8m. Lấy g = 10m/s2. Tính:
a/Công của trọng lực.
b/Công của lực ma sát.
c/ Hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng.
Hướng dẫn giải Bài tập công cơ học của các lực thành phần, vật lí 10
Phân tích bài toán
m = 1,5kg; α = 30o; g = 10m/s2;
vo = 2m/s; v = 6m/s; s = 8m
Giải
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật
v2 – vo2 = 2as = > a = 2m/s2
Áp dụng định luật II Newton theo phương của mặt phẳng nghiêng
Psinα – F$_{ms}$ = ma = > F$_{ms}$ = mg.sinα – ma = 4,5(N)
a/ $A_{P}$ = Psinα.s = 60(J)
b/ $A_{Fms}$ = -F$_{ms}$.s = -36 (J)
c/ F$_{ms}$ = µ.N = µ.Pcosα = µ.m.g.cosα = > µ = 0,346
Bài 4. Cho hệ như hình vẽ
α = 30o; m1 = 1kg; m2 = 2kg. Tính công của trọng lực của hệ thống khi m1 đi lên không ma sát trên mặt phẳng nghiêng được quãng đường 1m
Hướng dẫn giải Bài tập công cơ học của các lực thành phần, vật lí 10
Bài 5. Một vật m = 100g trượt không vận tốc đầu từ đỉnh xuống chân một mặt phẳng nghiêng dài L = 2m, chiều cao h = 0,4m. Vận tốc ở chân mặt phẳng nghiêng là 2m/s. Tính công của lực ma sát.
Hướng dẫn giải Bài tập công cơ học của các lực thành phần, vật lí 10
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật
Gia tốc của vật a = v$_{B}$2/2L = 1m/s2
Theo định luật II Newton = > mgsinα – F$_{ms}$ = ma = > F$_{ms}$ = m(gsinα – a)
$A_{Fms}$ = – F$_{ms}$L = -0,2J
Bài 6. Xe khối lượng m = 200kg, chuyển động trên dốc dài 200m, cao 10m.
a/ xe chuyển động thẳng đều với vận tốc 18km/h, công suất của động cơ là 0,75kW. Tìm giá trị lực ma sát.
b/ Sau đó xe chuyển động xuống dốc nhanh dần đều, vận tốc xe ở định dốc là 18km/h, ở chân dốc là 54km/h. Tính công do xe thực hiện khi xuống dốc và công suất trung bình, công suất tức thời ở chân dốc. Biết lực ma sát không đổi.
Hướng dẫn giải Bài tập công cơ học của các lực thành phần, vật lí 10
