Bài 18.11 trang 33, 34, 35 SBT Vật lý 10 - Kết nối tri thức: Một vật có khối lượng 2 000 g được đặt trên một bàn dài nằm ngang...

Một vật có khối lượng 2 000 g được đặt trên một bàn dài nằm ngang. Tác dụng lên vật một lực có độ lớn 5N theo phương song song với mặt bàn trong khoảng thời gian 2 s rồi thôi tác dụng lực. Biết hệ số ma sát giữa vật và mặt bàn là 0,2. Lấy g = 10 m/s. Tính quãng đường tổng cộng mà vật đi được cho đến khi dừng lại.

Phương pháp giải :

Theo định luật II Newton:

Khi tác dụng lực, ta có: \(\overrightarrow F + \overrightarrow {{F_{mst}}} = m\overrightarrow {{a_1}} \)

Khi ngừng tác dụng lực, ta có: \(\overrightarrow {{F_{mst}}} = m\overrightarrow {{a_2}} \)

Tìm a trong từng trường hợp, sau đó tính quãng đường vật đi được trong từng trường hợp bằng công thức: s₁ = v₀t + \(\frac{1}{2}a{t^2}\)và v² – v₁² = 2a₂s₂.

Tổng cộng quãng đường mà vật đi được: s =s₁ + s₂.

Lời giải chi tiết:

Đổi m = 2000 g = 2 kg. Chọn chiều (+) là chiều chuyển động của vật.

Theo định luật II Newton:

Khi tác dụng lực, ta có: \(\overrightarrow F + \overrightarrow {{F_{mst}}} = m\overrightarrow {{a_1}} \)

Chiếu lên chiều (+), ta được: F – F_mst = ma₁ => F = ma₁ + F_mst

Mà F_mst = μN = μP = μmg.

=> F = ma₁ + μmg => a₁ = \(\frac{{F - \mu mg}}{m}\)=\(\frac{{5 - 0,2.2.10}}{2}\)= 0,5 m/s².

Quãng đường vật đi được trong 2 giây đầu:

s₁ = v₀t + \(\frac{1}{2}{a_1}{t^2}\)=\(\frac{1}{2}{a_1}t\) = \(\frac{1}{2}\).0,5.2² = 1m.

Sau 2 giây, vật chuyển động chậm dần dưới tác dụng của lực ma sát: \(\overrightarrow {{F_{mst}}} = m\overrightarrow {{a_2}} \)

Chiếu lên chiều (+), ta có: -F_ms = ma₂ => a₂ = -μg = - 2 m/s².

Quãng đường đi được từ lúc ngừng lực tác dụng tới khi dừng hẳn:

Áp dụng công thức độc lập thời gian: v² – v₁² = 2a₂s₂

=> s₂ = \(\frac{{{v^2} - {v_1}^2}}{{2{a_2}}}\)= \(\frac{{ - {{({v_0} + {a_1}t)}^2}}}{{2{a_2}}}\)= \(\frac{{ - {{(0,5.2)}^2}}}{{2( - 2)}}\)= 0,25m.

=> Tổng quãng đường: s = s₁ + s₂ = 1,25 m.