Bài 20: Một số ví dụ về cách giải các bài toán thuộc phần động lực học

1. Kiến thức trọng tâm

Bài toán động lực học yêu cầu xác định gia tốc, vận tốc, quãng đường hoặc lực khi biết các lực tác dụng lên vật. Quy trình giải chung gồm bốn bước. Bước một: xác định vật cần xét và vẽ hình, biểu diễn đầy đủ các lực tác dụng lên vật như trọng lực, phản lực, lực kéo, lực ma sát, lực căng. Bước hai: chọn hệ trục tọa độ, thường chọn một trục trùng với hướng chuyển động. Bước ba: viết phương trình định luật 2 Newton dạng vectơ $\vec{F} = m \vec{a}$ rồi chiếu lên các trục tọa độ để được các phương trình đại số. Bước bốn: giải hệ phương trình, kết hợp với các công thức động học như $v = v_0 + a t$ và $s = v_0 t + \frac{1}{2} a t^2$ để tìm đại lượng cần thiết, sau đó kiểm tra tính hợp lí của kết quả.

2. Ví dụ minh họa

Một vật khối lượng $4\ \text{kg}$ trượt trên mặt sàn ngang dưới tác dụng của lực kéo $F = 20\ \text{N}$ theo phương ngang. Hệ số ma sát trượt là $0,25$. Lấy $g = 10\ \text{m/s}^2$. Tính gia tốc của vật.

Lời giải. Các lực tác dụng lên vật: trọng lực $P$, phản lực $N$, lực kéo $F$ và lực ma sát trượt $F_{mst}$. Theo phương thẳng đứng: $N = P = m g = 40\ \text{N}$. Lực ma sát: $F_{mst} = \mu_t N = 0,25 \cdot 40 = 10\ \text{N}$. Theo phương ngang, định luật 2 Newton cho $F - F_{mst} = m a$, suy ra $a = \frac{20 - 10}{4} = 2,5\ \text{m/s}^2$.

3. Ghi nhớ

• Vẽ đủ các lực, chọn trục tọa độ rồi chiếu $\vec{F} = m \vec{a}$ lên các trục.
• Kết hợp phương trình động lực học với công thức động học.
• Luôn kiểm tra dấu và tính hợp lí của kết quả.