Đây là một dạng bài tập điển hình về cân bằng lực trong Vật lý lớp 10, đặc biệt khi vật chuyển động thẳng đều. Chúng ta sẽ áp dụng Định luật I Newton (hoặc Định luật II Newton với gia tốc bằng 0) để giải quyết bài toán này.

—

PHÂN TÍCH ĐỀ BÀI:

Trước hết, chúng ta cùng tóm tắt các thông số đã cho và xác định cái cần tìm nhé:

• Khối lượng của vật: \(m = 10\) kg
• Lực kéo tác dụng: \(F = 30\) N
• Góc hợp bởi lực kéo với phương ngang: \(\alpha = 45^\circ\)
• Trạng thái chuyển động: Vật chuyển động thẳng đều. Đây là dữ kiện cực kỳ quan trọng, nó cho biết tổng các lực tác dụng lên vật bằng 0.
• Yêu cầu: Tính lực ma sát (\(F_{ms}\)).

HỆ TRỤC TỌA ĐỘ VÀ CÁC LỰC TÁC DỤNG:

Để giải bài toán một cách khoa học, chúng ta cần:

1. Chọn hệ trục tọa độ:
   Thông thường, chúng ta sẽ chọn trục Ox trùng với phương chuyển động (phương ngang) và trục Oy vuông góc với phương chuyển động (phương thẳng đứng).
2. Vẽ (hoặc hình dung) sơ đồ các lực tác dụng lên vật:
   Có 4 lực tác dụng lên vật trong trường hợp này:
   • Trọng lực (P): Luôn có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống dưới. Độ lớn: \(P = m \cdot g\). (Chúng ta thường lấy \(g \approx 9,8\) m/s\(^2\) hoặc \(10\) m/s\(^2\). Trong trường hợp không nói rõ, ta có thể dùng \(g = 10\) m/s\(^2\) để tính toán cho tiện).
   • Phản lực pháp tuyến (N): Có phương vuông góc với mặt phẳng tiếp xúc (thẳng đứng), chiều hướng lên trên.
   • Lực kéo (F): Có độ lớn \(30\) N, hợp với phương ngang một góc \(45^\circ\). Lực này sẽ được phân tích thành hai thành phần:
     • Thành phần ngang: \(F_x = F \cos \alpha\) (cùng chiều chuyển động).
     • Thành phần đứng: \(F_y = F \sin \alpha\) (hướng lên trên).
   • Lực ma sát (\(F_{ms}\)): Có phương song song với mặt phẳng tiếp xúc (phương ngang), chiều ngược lại so với chiều chuyển động của vật.

—

PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG:

Vì vật chuyển động thẳng đều, theo Định luật I Newton, tổng hợp lực tác dụng lên vật bằng 0. Điều này có nghĩa là tổng các lực theo phương Ox bằng 0 và tổng các lực theo phương Oy cũng bằng 0.

1. Phân tích lực theo trục Oy (phương thẳng đứng):

Các lực tác dụng theo phương Oy là: phản lực pháp tuyến (N, hướng lên), thành phần đứng của lực kéo (\(F_y\), hướng lên) và trọng lực (P, hướng xuống).

Điều kiện cân bằng theo trục Oy:

\(\Sigma F_y = 0\)

\(N + F_y – P = 0\)

\(N + F \sin \alpha – m g = 0\)

Từ đây, ta có thể suy ra phản lực pháp tuyến N:

\(N = m g – F \sin \alpha\)

(Lưu ý: Trong bài này, chúng ta không cần tính N để tìm \(F_{ms}\) trực tiếp, vì lực ma sát sẽ được cân bằng bởi thành phần ngang của lực kéo. Tuy nhiên, việc phân tích đầy đủ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các lực tác dụng).

2. Phân tích lực theo trục Ox (phương ngang):

Các lực tác dụng theo phương Ox là: thành phần ngang của lực kéo (\(F_x\), cùng chiều chuyển động) và lực ma sát (\(F_{ms}\), ngược chiều chuyển động).

Điều kiện cân bằng theo trục Ox:

\(\Sigma F_x = 0\)

\(F_x – F_{ms} = 0\)

Suy ra:

\(F_{ms} = F_x\)

\(F_{ms} = F \cos \alpha\)

—

TÍNH TOÁN:

Bây giờ chúng ta sẽ thay số vào công thức đã tìm được cho lực ma sát.

• Lực kéo: \(F = 30\) N
• Góc: \(\alpha = 45^\circ\)
• Giá trị của \(\cos 45^\circ = \frac{\sqrt{2}}{2} \approx 0.707\)

Áp dụng công thức:

\(F_{ms} = F \cos \alpha\)

\(F_{ms} = 30 \cdot \cos 45^\circ\)

\(F_{ms} = 30 \cdot \frac{\sqrt{2}}{2}\)

\(F_{ms} = 15 \sqrt{2}\)

Nếu làm tròn đến một hoặc hai chữ số thập phân:

\(F_{ms} \approx 15 \cdot 1.414\)

\(F_{ms} \approx 21.21\) N

—

KẾT LUẬN:

Vậy, lực ma sát có giá trị xấp xỉ \(21.21\) niutơn.

—

Cô hy vọng với phần trình bày chi tiết này, em đã nắm rõ cách giải quyết bài toán. Hãy nhớ rằng, việc phân tích lực và áp dụng đúng điều kiện cân bằng (\(\Sigma F = 0\) khi vật chuyển động thẳng đều hoặc đứng yên) là chìa khóa để giải quyết các bài tập dạng này.

Chúc em ôn tập thật tốt và đạt kết quả cao trong kỳ thi sắp tới nhé! Cố gắng lên!