Một ô tô, khối lượng là 4 tấn đang chuyển động đều trên con đường thẳng nằm ngang với vận tốc 10m/s, với công suất của động cơ ô tô là 20kW.

a. Tính hệ số ma sát giữa ô tô và mặt đường.

b. Sau đó ô tô tăng tốc, chuyển động nhanh dần đều và sau khi đi thêm được quãng đường 250m vận tốc ô tô tăng lên đến 54 km/h. Tính công suất trung bình của động cơ ô tô trên quãng đường này và công suất tức thời của động cơ ô tô ở cuối quãng đường. Lấy g = 10m/s².

* Lời giải:

a. Khi ô tô chuyển động đều, áp dụng định luật II Newton ta có 

$\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}+\overrightarrow{F_k}+\overrightarrow{F_{ms}}=0$                              

Chiếu lên trục nằm ngang và trục thẳng đứng ta có: 

F_k – F_ms = 0  F_k = F_ms và 

$$\begin{gathered} -P+N=0\Rightarrow N=P=mg \\ \Rightarrow F_k=F_{ms}=\mu N=\mu mg\Rightarrow \mu =\frac{F_k}{mg} \end{gathered}$$

$$\begin{gathered} Mà \wp =F.v\Rightarrow F_k=\frac{\wp }{v}=\frac{20000}{10}=2000\left(N\right) \\ \Rightarrow \mu =\frac{2000}{4000.10}=0,05 \end{gathered}$$

b. Gia tốc chuyển động của ô tô:  

$a=\frac{v_t^2-v_0^2}{2s}=\frac{{15}^2-{10}^2}{2.250}=0,25(m/s^2)$

Áp dụng định luật II Newton ta có: $\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}+\overrightarrow{F_k}+\overrightarrow{F_{ms}}=m\overrightarrow{a}$ (5)

Chiếu (5) lên trục nằm ngang và trục thẳng đứng ta tìm được

$$\begin{gathered} F_k-F_{ms}=ma;N=P=mg \\ \Rightarrow F_k=ma+\mu mg \\ =4000.0,25+0,\mathrm{05.4000.10}=3000\left(N\right) \end{gathered}$$

Công suất tức thời của động cơ ô tô ở cuối quãng đường là:

 $\wp$  = F_kv_t = 3000.15 = 45000W.

Ta có:$v=v_0+at\Rightarrow t=\frac{v-v_0}{a}=\frac{15-10}{0,25}=20\left(s\right)$

Vận tốc trung bình của ô tô trên quãng đường đó

$\overline{v}=\frac{s}{t}=\frac{250}{20}=12,5(m/s).$

Công suất trung bình của động cơ ô tô trên quãng đường đó là: 

$\overline{\wp }=F_k.\overline{v}=375000\left(W\right)$

$\overline{\wp }=F_k.\overline{v}=375000\left(W\right)$

* Phương pháp giải:

áp dụng định luật II newton:

 Nội dung định luật II Newton: Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

$\overrightarrow{\mathrm{a}}=\frac{\overrightarrow{\mathrm{F}}}{\mathrm{m}}$

* Lý thuyết nắm thêm:

 Định luật II Newton

- Mối quan hệ giữa ba đại lượng: gia tốc, lực và khối lượng đã được Newton khái quát trong một phương trình vectơ, gọi là định luật II Newton.

- Nội dung định luật II Newton: Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

$\overrightarrow{\mathrm{a}}=\frac{\overrightarrow{\mathrm{F}}}{\mathrm{m}}$

Về mặt Toán học, định luật II Newton có thể viết là: $\overrightarrow{\mathrm{F}}=\mathrm{m}.\overrightarrow{\mathrm{a}}$

Trong trường hợp vật chịu nhiều lực tác dụng $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_1}$,$\overrightarrow{{\mathrm{F}}_2}$,$\overrightarrow{{\mathrm{F}}_3}$…….thì $\overrightarrow{\mathrm{F}}$ là hợp lực của các lực đó:

$\overrightarrow{\text{F}}=\overrightarrow{{\text{F}}_{\text{1}}}\text{ + }\overrightarrow{{\text{F}}_{\text{2}}}\text{ +}\overrightarrow{{\text{ F}}_{\text{3}}}\text{+ }...$

 Khối lượng và quán tính

- Ngoài cách hiểu khối lượng là một đại lượng dùng để chỉ lượng chất chứa trong vật, định luật II Newton còn cho ta một cách hiểu mới về khối lượng.

- Khối lượng của vật là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật. Vật có khối lượng càng lớn thì càng khó thay đổi vận tốc, càng có mức quán tính lớn hơn.

Xem thêm các bài viết liên quan hay, chi tiết:

Lý thuyết Định luật 1 Newton - Vật lí 10 Kết nối tri thức 

Giải Vật lí 10 Bài 14 (Kết nối tri thức): Định luật 1 Newton