Xin chào các em học sinh lớp 10!

Hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập về chủ đề công và năng lượng, kết hợp với các kiến thức về động học và định luật Newton. Đây là một dạng bài khá hay, giúp các em ôn lại nhiều kiến thức quan trọng. Chúng ta cùng phân tích và giải quyết bài toán nhé!

Xe ô tô chuyển động nhanh dần đều không vận tốc đầu, đi được quãng đường s = 100 m thì đạt vận tốc v = 72 km/h. Khối lượng ô tô m = 1 tấn, hệ số ma sát cản chuyển động của xe và mặt đường k = 0,05. Tính công do lực kéo của động cơ thực hiện.

Đầu tiên, chúng ta hãy tóm tắt các đại lượng đã cho và chuyển đổi đơn vị về hệ SI (nếu cần).

1. Tóm tắt và chuyển đổi đơn vị:

• Vận tốc ban đầu: \(v_0 = 0\) (xe chuyển động nhanh dần đều không vận tốc đầu)
• Quãng đường: \(s = 100 \text{ m}\)
• Vận tốc cuối: \(v = 72 \text{ km/h}\)

Để tính toán trong vật lý, chúng ta cần chuyển vận tốc về đơn vị \(\text{m/s}\):
\(v = 72 \text{ km/h} = \frac{72 \times 1000}{3600} \text{ m/s} = 20 \text{ m/s}\)

• Khối lượng ô tô: \(m = 1 \text{ tấn}\)

Chuyển đổi khối lượng về đơn vị \(\text{kg}\):
\(m = 1 \text{ tấn} = 1000 \text{ kg}\)

• Hệ số ma sát: \(k = 0,05\)
• Gia tốc trọng trường (chúng ta thường lấy giá trị này nếu không được cho cụ thể): \(g = 10 \text{ m/s}^2\)
• Đại lượng cần tìm: Công của lực kéo của động cơ (\(A_{kéo}\))

Để tính công của lực kéo, chúng ta cần biết độ lớn của lực kéo và quãng đường xe đi được. Quãng đường đã biết (\(s = 100 \text{ m}\)), vậy chúng ta cần tìm lực kéo (\(F_{kéo}\)).

2. Tính gia tốc của xe:

Vì xe chuyển động nhanh dần đều không vận tốc đầu, chúng ta có thể sử dụng công thức độc lập với thời gian trong chuyển động thẳng biến đổi đều:

\(v^2 – v_0^2 = 2as\)

Thay các giá trị đã biết vào công thức:

\((20 \text{ m/s})^2 – (0 \text{ m/s})^2 = 2 \times a \times (100 \text{ m})\)

\(400 = 200a\)

\(a = \frac{400}{200} = 2 \text{ m/s}^2\)

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

3. Phân tích lực và áp dụng Định luật II Newton:

Các lực tác dụng lên ô tô bao gồm:

• Lực kéo của động cơ (\(F_{kéo}\)) – theo chiều chuyển động.
• Lực ma sát cản chuyển động (\(F_{ms}\)) – ngược chiều chuyển động.
• Trọng lực (\(P = mg\)) – hướng thẳng đứng xuống dưới.
• Phản lực pháp tuyến (\(N\)) – hướng thẳng đứng lên trên.

Theo phương thẳng đứng, xe không chuyển động nên các lực cân bằng:

\(N – P = 0 \Rightarrow N = P = mg\)

Thay số vào để tính \(N\):

\(N = 1000 \text{ kg} \times 10 \text{ m/s}^2 = 10000 \text{ N}\)

Giờ chúng ta tính lực ma sát:

\(F_{ms} = k \times N\)

\(F_{ms} = 0,05 \times 10000 \text{ N} = 500 \text{ N}\)

Theo phương ngang, xe chuyển động nhanh dần đều với gia tốc \(a\), nên chúng ta áp dụng Định luật II Newton:

\(F_{kéo} – F_{ms} = ma\)

Từ đó, ta có thể tìm lực kéo:

\(F_{kéo} = ma + F_{ms}\)

Thay các giá trị đã tính vào:

\(F_{kéo} = (1000 \text{ kg} \times 2 \text{ m/s}^2) + 500 \text{ N}\)

\(F_{kéo} = 2000 \text{ N} + 500 \text{ N}\)

\(F_{kéo} = 2500 \text{ N}\)

Vậy, lực kéo của động cơ là \(2500 \text{ N}\).

4. Tính công do lực kéo của động cơ thực hiện:

Công của một lực được tính bằng công thức:

\(A = F \times s \times \cos\alpha\)

Trong trường hợp này, lực kéo (\(F_{kéo}\)) cùng hướng với độ dịch chuyển (\(s\)), nên góc \(\alpha = 0^\circ\). Do đó, \(\cos 0^\circ = 1\).

\(A_{kéo} = F_{kéo} \times s\)

Thay các giá trị đã tính vào:

\(A_{kéo} = 2500 \text{ N} \times 100 \text{ m}\)

\(A_{kéo} = 250000 \text{ J}\)

Để dễ hình dung hơn, chúng ta có thể chuyển đổi sang kilojoule (\(\text{kJ}\)):

\(A_{kéo} = 250 \text{ kJ}\)

KẾT LUẬN:

Vậy, công do lực kéo của động cơ thực hiện là \(250000 \text{ J}\) hay \(250 \text{ kJ}\).

Các em thấy đấy, một bài toán có thể liên kết nhiều kiến thức khác nhau. Điều quan trọng là chúng ta phải phân tích kỹ đề bài, chuyển đổi đơn vị chính xác, và áp dụng đúng các công thức đã học. Hãy luyện tập thường xuyên để nắm vững kiến thức nhé!

Chúc các em học tốt!