Khi nào có lực ma sát nghỉ?

Trả lời chi tiết, chính xác câu hỏi “Khi nào có lực ma sát nghỉ?” và phần kiến thức tham khảo là tài liệu cực hữu dụng bộ môn Vật lí 8 cho các bạn học sinh và các thầy cô giáo tham khảo.

Trả lời câu hỏi: Khi nào có lực ma sát nghỉ?

- Khi vật bị tác dụng bởi một lực song song với bề mặt tiếp xúc thì xuất hiện lực ma sát nghỉ, giúp giữ cho vật không trượt trên bề mặt tiếp xúc.

- Ví dụ: Khi kéo một vật trên mặt bàn, dù đã tác dụng lực kéo nhưng vật chưa chuyển động là do xuất hiện lực ma sát nghỉ giữa vật và mặt bàn giữ cho vật không trượt trên mặt bàn.

Kiến thức mở rộng về Lực ma sát nghỉ

1. Lực ma sát nghỉ là gì?

- Theo định luật I Newton một vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên nếu không chịu tác dụng của lực nào, hoặc hợp các lực tác dụng vào nó bằng không, điều này chứng tỏ tồn tại một loại lực cân bằng với lực kéo của bạn. Lực đó gọi là lực ma sát nghỉ.

- Lực ma sát nghỉ xuất hiện khi có lực tác dụng vào vật, cùng phương, cùng độ lớn nhưng ngược chiều với lực tác dụng.

- Lưu ý: nếu lực tác dụng của bạn vào chiếc xe là 1N và chiếc xe không chuyển động khi đó lực ma sát nghỉ có độ lớn bằng 1N. Nếu lực tác dụng của bạn là 100N và chiếc xe vẫn chưa chuyển động thì lực ma sát nghỉ có độ lớn bằng 100N.

2. Đặc điểm của lực ma sát nghỉ

- Điểm đặt: lên vật sát bề mặt tiếp xúc.

- Phương: song song với bề mặt tiếp xúc.

- Độ lớn: 

Ft: Độ lớn của ngoại lực (thành phần ngoại lực) song song với bề mặt tiếp xúc.μn

Lưu ý: trường hợp có nhiều lực tác dụng lên vật thì Ft chính là độ lớn hợp lực các ngoại lực và thành phần của ngoại lực song song với bề mặt tiếp xúc.

3. Ví dụ về lực ma sát nghỉ

- Lực ma sát nghỉ trong đời sống:

+ Những chiếc xe đang đậu ở chỗ mặt đường dốc nhờ có lực ma sát nghỉ mà nó đứng yên.

+ Ma sát nghỉ giữa bàn chân và mặt đường giúp người đứng vững mà không bị ngã.

+ Người đứng trên thang máy cuốn lên dốc (xuống dốc) di chuyển cùng với thang cuốn nhờ lực ma sát nghỉ.

- Lực ma sát nghỉ trong kỹ thuật: Trong sản xuất, trên các băng chuyền trong nhà máy, các sản phẩm như xi măng, các bao đường… có thể chuyển động cùng với băng chuyền mà không bị trượt, đó là nhờ có lực ma sát nghỉ.

4. Bài tập

I. Phương pháp giải bài tập về lực ma sát

Dạng 1: Tính lực ma sát, hệ số ma sát

- Bước 1: Phân tích lực

- Bước 2: Áp dụng định luật II Niuton để viết phương trình độ lớn của các lực

* Lực ma sát gồm ba loại thường gặp:

- Lực ma sát trượt: Fmst = μt.N

- Lực ma sát nghỉ: F_msn = Ft; Ft là ngoại lực hoặc thành phần ngoại lực song song với bề mặt tiếp xúc.

F_msnmax = μn.N (μn>μt)

- Lực ma sát lăn: F_msl = μl.N

Trong đó: μt;μn;μl lần lượt là hệ số ma sát trượt, hệ số ma sát nghỉ, hệ số ma sát lăn.

Dạng 2: Tính quãng đường, thời gian đi được khi có lực ma sát

- Bước 1: Chọn hệ quy chiếu: gốc tọa độ, mốc thời gian, chiều dương

- Bước 2: Phân tích lực

- Bước 3: Viết phương trình định luật II Niuton

- Bước 4: Chiếu phương trình lên chiều dương và tìm gia tốc của vật. Từ đó, suy ra quãng đường, thời gian vật đi được.

Dạng 3: Tính lực kéo để xe chuyển động khi có ma sát

- Khi xe chuyển động thẳng đều (a= 0) => F_ms = F (F là ngoại lực hoặc thành phần ngoại lực song song với bề mặt tiếp xúc)

- Khi xe chuyển động thẳng biến đổi đều:

+ Phân tích tất cả các lực tác dụng vào vật

+ Viết phương tình định luật II Niuton để xác định lực cần tìm.

II. Bài tập áp dụng

Bài tập 1: Một đầu máy tạo ra lực kéo để kéo một toa xe có khối lượng m=4 tấn chuyển động với gia tốc a=0,4(m/s²). Biết hệ số ma sát giữa toa xe và mặt đường là μ=0,02. Hãy xác định lực kéo của đầu máy? Lấy g=10(m/s²)

Bài giải: 

m = 4000kg; a = 0,4m/s²; g = 10m/s²; µ = 0,02

Chọn chiều dương là chiều chuyển động

áp dụng định luật II Newton cho vật trượt theo phương ngang:

FK – F_ms = ma → FK = ma + F_ms = ma + µ.mg = 2400(N)

Bài tập 2: Một xe lăn khi đẩy bằng lực F = 20 N nằm ngang thì xe chuyển động thẳng đều. Khi chất lên xe thêm một kiện hàng khối lượng 20 kg nữa thì phải tác dụng lực F' = 60N nằm ngang xe mới chuyển động thẳng đều. Tìm hệ số ma sát giữa bánh xe với mặt đường. Cho g = 10 m/s²

Bài giải: 

Xe chuyển động thẳng đều:

⇒ F_ms = F

+ Khi chưa chất hàng lên: μmg = F     (1)

+ Khi chất thêm hàng: μ(m+20)g = F'

⇒ 60m = 20m + 400

⇒ m = 10 kg

Thay vào (1) ⇒ μ.10.10 = 20 ⇒ μ = 0,2

Bài tập 3: Hai xe khối lượng m₁ = 500kg, m₂ = 1000kg khởi hành không vận tốc ban đầu từ A và B cách nhau 1,5km chuyển động đến gặp nhau. Lực kéo của các động cơ xe lần lượt là 600N và 900N. Hệ số ma sát lăn của xe với mặt đường lần lượt là 0,1 và 0,05. Xe 2 khởi hành sau xe 1; 50s. Hỏi hai xe gặp nhau lúc nào ở đâu.

Bài giải: 

F₁ – Fms₁ = m₁a₁ = > F₁ – µm₁g = m₁a₁ → a₁ = 0,2m/s²

F₂ – Fms² = m₂a₂ → a₂ = 0,4m/s²

Chọn gốc tọa độ tại A chiều dương A →B gốc thời gian là lúc xe 1 khởi hành

→ phương trình chuyển động của hai xe lần lượt là

x₁ = 0,5a₁t² = 0,1t²

x₂ = 1500 – 0,5a₂(t-50)²

2 xe gặp nhau → x₁ = x₂ → t = 100 → vị trí gặp nhau x₁ = 1000m