Chúng ta cùng bắt đầu nhé!

ĐỀ BÀI:

Một xe ô tô khối lượng m = 2 tấn chuyển động nhanh dần đều trên đường nằm ngang với vận tốc ban đầu bằng không, đi được quãng đường s = 200m thì đạt được vận tốc v = 72km/h. Cho biết hệ số ma sát trượt giữa ô tô và mặt đường 0,05. Lấy g = 10m/s^2. Các nhận xét sau là đúng hay sai?

a) Lực kéo của động cơ ô tô là 300N.

b) Công của lực ma sát thực hiện trên quãng đường đó là -200kJ.

c) Gia tốc chuyển động của ô tô là 1m/s^2.

d) Công do lực kéo của động cơ ô tô thực hiện trên quãng đường s là 600kJ.

TÓM TẮT ĐỀ BÀI:

• Khối lượng xe: \(m = 2 \text{ tấn} = 2000 \text{ kg}\)
• Vận tốc ban đầu: \(v_0 = 0 \text{ m/s}\)
• Quãng đường: \(s = 200 \text{ m}\)
• Vận tốc cuối: \(v = 72 \text{ km/h}\)
• Hệ số ma sát trượt: \(\mu_t = 0,05\)
• Gia tốc trọng trường: \(g = 10 \text{ m/s}^2\)

PHÂN TÍCH VÀ GIẢI CHI TIẾT:

Để giải quyết bài toán này, chúng ta cần thực hiện các bước sau:

1. Đổi đơn vị.
2. Tính gia tốc chuyển động của ô tô.
3. Tính các lực tác dụng lên ô tô (lực ma sát, lực kéo).
4. Tính công của lực ma sát và công của lực kéo.
5. So sánh với các nhận xét đã cho.

1. Đổi đơn vị:

Trước hết, chúng ta cần đổi đơn vị vận tốc từ km/h sang m/s để thống nhất trong hệ SI.

\(v = 72 \text{ km/h} = \frac{72 \times 1000}{3600} \text{ m/s} = 20 \text{ m/s}\)

\(m = 2 \text{ tấn} = 2000 \text{ kg}\)

2. Tính gia tốc chuyển động của ô tô (kiểm tra nhận xét c):

Vì ô tô chuyển động nhanh dần đều, chúng ta có thể sử dụng công thức liên hệ giữa vận tốc, gia tốc và quãng đường:

\(v^2 – v_0^2 = 2as\)

Thay các giá trị đã biết vào:

\((20)^2 – (0)^2 = 2 \cdot a \cdot 200\)

\(400 = 400a\)

\(a = \frac{400}{400} = 1 \text{ m/s}^2\)

Vậy, gia tốc chuyển động của ô tô là \(1 \text{ m/s}^2\).

Nhận xét c) “Gia tốc chuyển động của ô tô là 1m/s^2.” là ĐÚNG.

3. Tính các lực tác dụng lên ô tô:

Các lực tác dụng lên ô tô bao gồm:

• Trọng lực \(P\) hướng xuống.
• Phản lực pháp tuyến \(N\) của mặt đường hướng lên.
• Lực ma sát trượt \(F_{ms}\) ngược chiều chuyển động.
• Lực kéo của động cơ \(F_k\) cùng chiều chuyển động.

a) Tính trọng lực \(P\) và phản lực pháp tuyến \(N\):

Trên mặt phẳng ngang, ô tô cân bằng theo phương thẳng đứng nên:

\(N = P = mg\)

\(N = 2000 \text{ kg} \times 10 \text{ m/s}^2 = 20000 \text{ N}\)

b) Tính lực ma sát trượt \(F_{ms}\):

Lực ma sát trượt được tính bằng công thức:

\(F_{ms} = \mu_t N\)

\(F_{ms} = 0,05 \times 20000 \text{ N} = 1000 \text{ N}\)

c) Tính lực kéo của động cơ \(F_k\) (kiểm tra nhận xét a):

Áp dụng Định luật II Newton cho chuyển động theo phương ngang:

\(F_k – F_{ms} = ma\)

\(F_k – 1000 \text{ N} = 2000 \text{ kg} \times 1 \text{ m/s}^2\)

\(F_k – 1000 = 2000\)

\(F_k = 2000 + 1000 = 3000 \text{ N}\)

Vậy, lực kéo của động cơ ô tô là \(3000 \text{ N}\).

Nhận xét a) “Lực kéo của động cơ ô tô là 300N.” là SAI (Giá trị đúng là 3000 N).

4. Tính công của các lực:

a) Tính công của lực ma sát (kiểm tra nhận xét b):

Công của lực ma sát được tính bằng công thức: \(W_{ms} = F_{ms} \cdot s \cdot \cos\alpha\).

Vì lực ma sát ngược chiều chuyển động, góc \(\alpha\) giữa \(F_{ms}\) và \(\vec{s}\) là \(180^\circ\).

\(W_{ms} = 1000 \text{ N} \cdot 200 \text{ m} \cdot \cos(180^\circ)\)

\(W_{ms} = 1000 \cdot 200 \cdot (-1)\)

\(W_{ms} = -200000 \text{ J} = -200 \text{ kJ}\)

Vậy, công của lực ma sát thực hiện trên quãng đường đó là -200kJ.

Nhận xét b) “Công của lực ma sát thực hiện trên quãng đường đó là -200kJ.” là ĐÚNG.

b) Tính công do lực kéo của động cơ ô tô thực hiện (kiểm tra nhận xét d):

Công của lực kéo được tính bằng công thức: \(W_k = F_k \cdot s \cdot \cos\beta\).

Vì lực kéo cùng chiều chuyển động, góc \(\beta\) giữa \(F_k\) và \(\vec{s}\) là \(0^\circ\).

\(W_k = 3000 \text{ N} \cdot 200 \text{ m} \cdot \cos(0^\circ)\)

\(W_k = 3000 \cdot 200 \cdot (1)\)

\(W_k = 600000 \text{ J} = 600 \text{ kJ}\)

Vậy, công do lực kéo của động cơ ô tô thực hiện trên quãng đường s là 600kJ.

Nhận xét d) “Công do lực kéo của động cơ ô tô thực hiện trên quãng đường s là 600kJ.” là ĐÚNG.

KẾT LUẬN:

Sau khi phân tích và tính toán chi tiết, chúng ta có thể kết luận:

• a) Lực kéo của động cơ ô tô là 300N. -> SAI (Giá trị đúng là 3000 N).
• b) Công của lực ma sát thực hiện trên quãng đường đó là -200kJ. -> ĐÚNG.
• c) Gia tốc chuyển động của ô tô là 1m/s^2. -> ĐÚNG.
• d) Công do lực kéo của động cơ ô tô thực hiện trên quãng đường s là 600kJ. -> ĐÚNG.

Hy vọng các em đã nắm rõ cách giải bài tập này. Nếu có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi nhé!