Công thức tính lực ma sát trượt, nghỉ, lăn và bài tập chính xác 100%

Trong bài viết dưới đây, chúng tôi sẽ chia sẻ định nghĩa lực mát sát là gì? Ký hiệu, đơn vị và công thức tính lực ma sát nghỉ, trượt, lăn kèm theo các dạng bài tập từ cơ bản đến nâng cao có lời giải chi tiết từ A – Z để các bạn cùng tham khảo nhé

Lực ma sát là gì?

Trong vật lý học, ma sát là một loại lực cản xuất hiện giữa các bề mặt vật chất, chống lại xu hướng thay đổi vị trí tương đối giữa hai bề mặt. Nói đơn giản là các lực cản trở chuyển động của một vật, tạo ra bởi những vật tiếp xúc với nó.  Ký hiệu là F, đơn vị tính N

Công thức tính lực ma sát

Fms = µ.N

Trong đó:

  • Fms: độ lớn của lực ma sát (N)
  • µ: là hệ số ma sát
  • N: áp lực (N)

Lực ma sát nghỉ

Ma sát nghỉ hay còn gọi là ma sát tĩnh là lực xuất hiện giữa hai vật tiếp xúc mà vật này có xu hướng chuyển động so với vật còn lại nhưng vị trí tương đối của chúng chưa thay đổi.

Công thức tính lực ma sát nghỉ

F msn = F t .F msn Max = μ n. N (μ n > μ t )

Trong đó:

  • Fmsn: Độ lớn lực ma sát nghỉ (N)
  • Ft: độ lớn của ngoại lực (thành phần ngoại lực) song song với bề mặt tiếp xúc.
  • Fmmsn Max: lực ma sát cực đại (N)
  • µn: hệ số ma sát nghỉ
  • µt: hệ số ma sát trượt

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

cong-thuc-tinh-luc-ma-sat-1

Lực ma sát trượt là gì?

Lực ma sát trượt là lực ma sát sinh ra khi một vật chuyển động trượt trên một bề mặt, thì bề mặt tác dụng lên vật tại chỗ tiếp xúc một lực ma sát trượt, cản trở chuyển động của vật trên bề mặt đó.

cong-thuc-tinh-luc-ma-sat

Hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc và được dùng để tính lực ma sát trượt.

Công thức tính lực ma sát trượt

F mst = µ t .N

Trong đó:

  • Fmst là độ lớn của lực ma sát trượt (N)
  • µt là hệ số ma sát trượt
  • N là độ lớn áp lực (phản lực) (N)

Lực ma sát lăn là gì?

Ma sát lăn là lực ngăn cản lại sự lăn của một bánh xe hay các vật có dạng hình tròn trên mặt phẳng bởi sự biến dạng của vật thể và/ hoặc của bề mặt(có thể cũng không nhất thiết là có dạng hình tròn).

Khi một vật lăn trên một vật khác, xuất hiện nơi tiếp xúc và cản trở chuyển động lăn. có đặc điểm như lực ma sát trượt.

Công thức tính lực ma sát lăn

F msl = μ l .N

Trong đó:

  • Fl là độ lớn của lực ma sát lăn (N)
  • µl là hệ số ma sát lăn
  • N là độ lớn áp lực (phản lực) (N)

Bài tập ứng dụng lực ma sát có lời giải

Dạng 1: Tính lực ma sát, hệ số ma sát

Phương pháp giải:

– Lực ma sát gồm 3 loại thường gặp:

Ma sát trượt: Fmst = μt.N

Ma sát nghỉ: Fmsn = Ft ( Ft là ngoại lực hoặc thành phần ngoại lực song song với bề mặt tiếp xúc)

F msn max = μ n N (μ n > μ t )

Ma sát lăn: Fmsl = μl.N

Ví dụ 1: Một ô tô khối lượng 1,5 tấn chuyển động thẳng đều trên đờng. Hệ số ma sát lăn giữa bánh xe và mặt đường là 0,08. Tính lực làm cản trở chuyển động của xe trên mặt đường (bỏ qua lực cản không khí)

Lời giải

Lực làm cản trở chuyển động của xe trên mặt đường là lực ma sát

F msl = μ l .N = μl.mg = 0,08. 1500,9,8 = 1176 N

Ví dụ 2: Một đầu máy tạo ra một lực kéo để kéo một toa xe có khối lượng m = 3 tấn chuyển động với gia tốc a = 0,2 m/s2. Biết hệ số ma sát giữa toa xe với mặt đường là k = 0,02. Hãy xác định lực kéo của đầu máy. Cho g = 9,8 m/s2

Lời giải

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của toa xe

Áp dụng định luật II Newton:

F ms + P + N + F = ma

Chiếu phường trình trên lên chiều dương ta có:

F – F ms = ma

⇒ F = ma + kmg = 3.10 3. (0,2 + 0,02.9,8) = 117,6 N

Ví dụ 3: Một vật khối lượng m = 1 kg được kéo chuyển động trượt theo phương nằm ngang bởi lực F hợp với phương ngang một góc 30°. Độ lớn F = 2 N. Sau khi bắt đầu chuyển động được 2s, vật đi được quãng đường 1,66 m. Cho g = 10 m/s2. Tính hệ số ma sát trượt giữa vật và mặt sàn

cong-thuc-tinh-luc-ma-sat-2

Chọn chiều dương như hình vẽ, gốc thời gian là lúc vật bắt đầu chuyển động

Áp dụng định luật II Newton:

F ms + P + N + F 1 + F 2 = ma

Chiếu phương trình lên chiều dương phương ngang, ta có:

– F ms + F 2 = ma (1)

Chiếu phương trình lên chiều dương phương thẳng đứng, ta có:

N + F 1 = P

⇒ N = mg – F.sin30 °

⇒ phương trình (1) trở thành: – μ( mg – F.sin30° ) + F.cos30° = ma (2)

Lại có:

cong-thuc-tinh-luc-ma-sat-3

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

Phương pháp:

  • 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.

Ví dụ 1: Một xe điện đang chạy với vận tốc 36 km/h thì bị hãm lại đột ngột. Bánh xe không lăn nữa mà chỉ trượt lên đường ray. Kể từ lúc hãm, xe điện còn đi được bao xa thì dừng hẳn? Biết hệ số ma sát trượt giữa bánh xe và đường ray là 0,2. Lấy g = 9,8 m/s2.

Lời giải

Đổi 36 km/h = 10 m/s

Kể từ lúc hãm xe, lực ma sát đóng vai trò cản trở chuyển động khiến xe dừng lại

Áp dụng định luật II Newton, ta có:

F ms + P + N + F = ma

Chiếu lên chiều chuyển động:

– F ms = ma ⇒ – μmg = ma

⇒ a = – μg = – 0,2.9,8 = – 1,96 m / s 2

Quãng đường vật đi được kể từ lúc hãm phanh đến khi dừng hẳn:

cong-thuc-tinh-luc-ma-sat-4

Ví dụ 2: Một ô tô đang chuyển động với vận tốc 15 m/s thì tắt máy, hãm phanh. Tính thời gian và quãng đường ô tô đi thêm được cho đến khi dừng lại. Biết hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường là 0,6. Lấy g = 9,8 m/s2

Hướng dẫn:

Áp dụng định luật II Newton và chiếu lên chiều chuyển động của vật:

⇒ -F ms = ma ⇒ a = – μg = -0,6.9,8 = -5,88 m / s 2

cong-thuc-tinh-luc-ma-sat-5

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

Xe chuyển động thẳng đều: Fms = F ( F là ngoại lực hoặc thành phần ngoại lực song song với bề mặt tiếp xúc)

Xe chuyển động thẳng biến đổi đều:

  • Khảo sát lực tác dụng vào vật
  • Viết phương trình định luật II Newton để xác định lực cần tìm

Ví dụ 1: Một ô tô khối lượng m = 1 tấn chuyển động trên mặt đường nằm ngang. Hệ số ma sát lăn giữa xe và mặt đường là μ = 0,1. Tính lực kéo của động cơ ô tô trong mỗi trường hợp sau:

a. Ô tô chuyển động thẳng đều

b. Ô tô chuyển động thẳng nhanh dần đều với gia tốc a = 2 m/s2

cong-thuc-tinh-luc-ma-sat-6

Các lực tác dụng vào ô tô bao gồm: trọng lực P; phản lực N , lực ma sát Fms, lực kéo động cơ F

a. Ô tô chuyển động thẳng đều ⇒ các cặp lực trực đối cân bằng nhau

⇒ N = P = mg

Và Fms = F = μmg = 0,1.103.10 = 1000 N

b. Ô tô chuyển động thẳng nhanh dần đều

Áp dụng định luật II Newton, ta có:

F ms + P + N + F = ma

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của xe, chiếu phương trình trên lên chiều dương, ta có:

– F ms + F = ma

⇒ F = μmg + ma = 10 3. (2 + 0,1.10) = 3000 N

Ví dụ 2: Một ô tô 2 tấn khởi hành sau 10s đặt 54 km/h, chuyển động trên đường ngang co hệ số ma sát 0,05. Xác định lực kéo động cơ

Hướng dẫn:

Đổi 54 km/h = 15 m/s

Áp dụng định luật II Newton, ta có:

F + P + N + F ms = ma (1)

Chiếu phương trình (1) lên chiều chuyển động của vật, ta có:

– Fms + F = ma

cong-thuc-tinh-luc-ma-sat-7

Hy vọng với những kiến thức mà chúng tôi vừa chia sẻ có thể giúp các bạn nhớ được công thức tính lực ma sát trượt, nghỉ và lăn để áp dụng vào làm bài tập