BÀI1:Hai lò xo: lò xo một dài thêm 2 cm khi treo vật m
1= 2kg, lò xo 2 dài thêm 3 cm khi treo vật m2= 1,5kg. Tìm tỷ số k1/k2
BÀI2:Một xe tải kéo một ô tô bằng dây cáp. Từ trạng thái đứng y ên sau 100s ô tô đạt
vận tốc V = 36km/h. Khối lượng ô tô là m = 1000 kg. Lực ma sát bằng 0,01 trọng lực
ô tô. Tính lực kéo của xe tải trong thời gian trên.
37 trang |
Chia sẻ: lylyngoc | Lượt xem: 6463 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài tập động lực học chất điểm, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Vật lí 10 : thiencuongth
PHẦN THỨ NHẤT
BÀI TAÄP ÑOÄNG LÖÏC HOÏC CHAÁT ÑIEÅM
BÀI 1 :Hai lò xo: lò xo một dài thêm 2 cm khi treo vật m1 = 2kg, lò xo 2 dài thêm 3
cm khi treo vật m2 = 1,5kg. Tìm tỷ số k1/k2.
Bài giải:
Khi gắn vật lò xo dài thêm đoạn l. Ở vị trí cân bằng
mglKPF0
Với lò xo 1: k1 l1 = m1g (1)
Với lò xo 1: k2 l2 = m2g (2)
Lập tỷ số (1), (2) ta được
2
2
3
5,1
2
l
l
.
m
m
K
K
1
2
2
1
2
1
BÀI 2 :Một xe tải kéo một ô tô bằng dây cáp. Từ trạng thái đứng yên sau 100s ô tô đạt
vận tốc V = 36km/h. Khối lượng ô tô là m = 1000 kg. Lực ma sát bằng 0,01 trọng lực
ô tô. Tính lực kéo của xe tải trong thời gian trên.
Vật lí 10 : thiencuongth
Bài giải:
Chọn hướng và chiều như hình vẽ
Ta có gia tốc của xe là:
)s/m(1,0
100
010
t
VV
a 20
Theo định luật II Newtơn :
amfF ms
F fms = ma
F = fms + ma
= 0,01P + ma
= 0,01(1000.10 + 1000.0,1)
= 200 N
BÀI 3 :Hai lò xo khối lượng không đáng kể, độ cứng lần lượt là k1 = 100 N/m, k2 =
150 N/m, có cùng độ dài tự nhiên L0 = 20 cm được treo thẳng đứng như hình vẽ. Đầu
dưới 2 lò xo nối với một vật khối lượng m = 1kg. Lấy g = 10m/s2. Tính chiều dài lò xo
khi vật cân bằng.
Vật lí 10 : thiencuongth
Bài giải:
Khi cân bằng: F1 + F2 =
Với F1 = K1 l; F2 = K2 1
nên (K1 + K2) l = P
)m(04,0
250
10.1
KK
P
l
21
Vậy chiều dài của lò xo là:
L = l0 + l = 20 + 4 = 24 (cm)
BÀI 4 :Tìm độ cứng của lò xo ghép theo cách sau:
Vật lí 10 : thiencuongth
Bài giải:
Hướng và chiều như hình vẽ:
Khi kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng một đoạn x thì :
Độ dãn lò xo 1 là x, độ nén lò xo 2 là x
Tác dụng vào vật gồm 2 lực đàn hồi
1F ; 2F
,
FFF 21
Chiếu lên trục Ox ta được :
F = F1 F2 = (K1 + K2)x
Vậy độ cứng của hệ ghép lò xo theo cách trên là:
K = K1 + K2
BÀI 5 :Hai vật A và B có thể trượt trên mặt bàn nằm ngang và được nối với nhau bằng
dây không dẫn, khối lượng không đáng kể. Khối lượng 2 vật là mA = 2kg, mB = 1kg, ta
tác dụng vào vật A một lực F = 9N theo phương song song với mặt bàn. Hệ số ma sát
giữa hai vật với mặt bàn là m = 0,2. Lấy g = 10m/s2. Hãy tính gia tốc chuyển động.
Bài giải:
Vật lí 10 : thiencuongth
Đối với vật A ta có:
11ms1111 amFTFNP
Chiếu xuống Ox ta có: F T1 F1ms = m1a1
Chiếu xuống Oy ta được: m1g + N1 = 0
Với F1ms = kN1 = km1g
F T1 k m1g = m1a1 (1)
* Đối với vật B:
22ms2222 amFTFNP
Chiếu xuống Ox ta có: T2 F2ms = m2a2
Chiếu xuống Oy ta được: m2g + N2 = 0
Với F2ms = k N2 = k m2g
T2 k m2g = m2a2 (2)
Vì T1 = T2 = T và a1 = a2 = a nên:
F - T k m1g = m1a (3)
T k m2g = m2a (4)
Cộng (3) và (4) ta được F k(m1 + m2)g = (m1+ m2)a
2
21
21 s/m1
12
10).12(2,09
mm
g).mm(F
a
Vật lí 10 : thiencuongth
BÀI 6 :Hai vật cùng khối lượng m = 1kg được nối với nhau bằng sợi dây không dẫn
và khối lượng không đáng kể. Một trong 2 vật chịu tác động của lực kéo
F hợp với
phương ngang góc a = 300 . Hai vật có thể trượt trên mặt bàn nằm ngang góc a = 300
Hệ số ma sát giữa vật và bàn là 0,268. Biết rằng dây chỉ chịu được lực căng lớn nhất là
10 N. Tính lực kéo lớn nhất để dây không đứt. Lấy 3 = 1,732.
Bài giải:
Vật 1 có :
11ms1111 amFTFNP
Chiếu xuống Ox ta có: F.cos 300 T1 F1ms = m1a1
Chiếu xuống Oy : Fsin 300 P1 + N1 = 0
Và F1ms = k N1 = k(mg Fsin 30
0)
F.cos 300 T1k(mg Fsin 30
0) = m1a1 (1)
Vật 2:
Vật lí 10 : thiencuongth
22ms2222 amFTFNP
Chiếu xuống Ox ta có: T F2ms = m2a2
Chiếu xuống Oy : P2 + N2 = 0
Mà F2ms = k N2 = km2g
T2 k m2g = m2a2
Hơn nữa vì m1 = m2 = m; T1 = T2 = T ; a1 = a2 = a
F.cos 300 T k(mg Fsin 300) = ma (3)
T kmg = ma (4)
Từ (3) và (4)
·m
00
t
2
)30sin30(cosT
T
20
2
1
268,0
2
3
10.2
30sin30cos
T2
F
00
·m
Vậy Fmax = 20 N
Bài 7:
Hai vật A và B có khối lượng lần lượt là mA = 600g, mB = 400g được nối với nhau
bằng sợi dây nhẹ không dãn và vắt qua ròng rọc cố định như hình vẽ. Bỏ qua khối
lượng của ròng rọc và lực ma sát giữa dây với ròng rọc. Lấy g = 10m/s2. Tính gia tốc
chuyển động của mối vật.
Vật lí 10 : thiencuongth
Bài giải:
Khi thả vật A sẽ đi xuống và B sẽ đi lên do mA > mB và
TA = TB = T
aA = aB = a
Đối với vật A: mAg T = mA.a
Đối với vật B: mBg + T = mB.a
* (mA mB).g = (mA + mB).a
2
BA
BA s/m210.
400600
400600
g.
mm
mm
a*
Bài 8:
Ba vật có cùng khối lượng m = 200g được nối với nhau bằng dây nối không dãn như
hình vẽ. Hệ số ma sát trượt gjữa vật và mặt bàn là = 0,2. Lấy g = 10m/s2. Tính gia
tốc khi hệ chuyển động.
Vật lí 10 : thiencuongth
Bài giải:
Chọn chiều như hình vẽ. Ta có:
aMPTTNPFTTNPF 11222ms234333
Do vậy khi chiếu lên các hệ trục ta có:
3ms4
2ms32
11
maFT
maFTT
maTmg
Vì
aaaa
'TTT
TTT
321
43
21
maFT
maFTT
maTmg
ms
'
ms
'
ma3mg2mg
ma3F2mg ms
Vật lí 10 : thiencuongth
2s/m210.
3
2,0.21
g.
3
21
a
Bài 9:
Một xe trượt không vận tốc đầu từ đỉnh mặt phẳng nghiêng góc = 300. Hệ số ma sát
trượt là = 0,3464. Chiều dài mặt phẳng nghiêng là l = 1m. lấy g = 10m/s2 và
3 = 1,732 Tính gia tốc chuyển động của vật.
Bài giải:
Các lực tác dụng vào vật:
1) Trọng lực
P
2) Lực ma sát
msF
3) Phản lực
N của mặt phẳng nghiêng
4) Hợp lực
amFNPF ms
Vật lí 10 : thiencuongth
Chiếu lên trục Oy: Pcox + N = 0
N = mg cox (1)
Chiếu lên trục Ox : Psin Fms = max
mgsin N = max (2)
từ (1) và (2) mgsin mg cox = max
ax = g(sin cox )
= 10(1/2 0,3464. 3 /2) = 2 m/s2
BÀI 10 :Cần tác dụng lên vật m trên mặt phẳng nghiêng góc một lực F bằng bao
nhiêu để vật nằm yên, hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng là k , khi biết vật có
xu hướng trượt xuống.
Bài giải:
Chọn hệ trục Oxy như hình vẽ.
Áp dụng định luật II Newtơn ta có :
Vật lí 10 : thiencuongth
0FNPF ms
Chiếu phương trình lên trục Oy: N Pcox Fsin = 0
N = Pcox + F sin
Fms = kN = k(mgcox + F sin )
Chiếu phương trình lên trục Ox : Psin F cox Fms = 0
F cox = Psin Fms = mg sin kmg cox kF sin
ktg1
)ktg(mg
sinkcos
)kcox(sinmg
F
BÀI 11 :Xem hệ cơ liên kết như hình vẽ
m1 = 3kg; m2 = 1kg; hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng là = 0,1 ; = 300;
g = 10 m/s2
Tính sức căng của dây?
Bài giải:
Vật lí 10 : thiencuongth
Giả thiết m1 trượt xuống mặt phẳng nghiêng và m2 đi lên, lúc đó hệ lực có chiều như
hình vẽ. Vật chuyển động nhanh dần đều nên với chiều dương đã chọn, nếu ta tính
được a > 0 thì chiều chuyển động đã giả thiết là đúng.
Đối với vật 1:
11ms11 amFTNP
Chiếu hệ xOy ta có: m1gsin T N = ma
m1g cox + N = 0
* m1gsin T m1g cox = ma (1)
Đối với vật 2:
2222 amTP
m2g + T = m2a (2)
Cộng (1) và (2) m1gsin m1g cox = (m1 + m2)a
)s/m(6,0
4
10.1
2
3
3.1,0
2
1
.10.3
mm
gmcosmsingm
a
2
21
211
Vì a > 0, vậy chiều chuyển động đã chọn là đúng
* T = m2 (g + a) = 1(10 + 0,6) = 10,6 N
BÀI 12 :Sườn đồi có thể coi là mặt phẳng nghiêng, góc nghiêng a = 300 so với trục
Ox nằm ngang. Từ điểm O trên sườn đồi người ta ném một vật nặng với vận tốc ban
Vật lí 10 : thiencuongth
đầu V0 theo phương Ox. Tính khoảng cách d = OA từ chỗ ném đến điểm rơi A của vật
nặng trên sườn đồi, Biết V0 = 10m/s, g = 10m/s
2.
Bài giải:
Chọn hệ trục như hình vẽ.
Phương trình chuyển động và phương trình quỹ đạo là:
2
0
gt
2
1
y
tVx
Phương trình quỹ đạo
)1(x
V
g
2
1
y 2
2
0
Ta có:
sindOKy
cosdOHx
A
A
Vật lí 10 : thiencuongth
Vì A nằm trên quỹ đạo của vật nặng nên xA và yA nghiệm đúng (1). Do đó:
2
2
0
)cosd(
V
g
2
1
sind
m33,1
30cos
30sin
.
10
10.2
cos
sin
.
g
V2
d
0
022
0
BÀI 13 :Một hòn đá được ném từ độ cao 2,1 m so với mặt đất với góc ném a = 450 so
với mặt phẳng nằm ngang. Hòn đá rơi đến đất cánh chỗ ném theo phương ngang một
khoảng 42 m. Tìm vận tốc của hòn đá khi ném ?
GIAÛI
Chọn gốc O tại mặt đất. Trục Ox nằm ngang, trục Oy thẳng đứng hướng lên (qua điểm
ném). Gốc thòi gian lúc ném hòn đá.
Các phương trình của hòn đá
x = V0 cos45
0t (1)
y = H + V0sin 45
0t 1/2 gt2 (2)
Vx = V0cos45
0 (3)
Vy = V0sin45
0 gt (4)
Từ (1)
0
0 45cosV
x
t
Thế vào (2) ta được :
Vật lí 10 : thiencuongth
)5(
45cosV
x
.g
2
1
x.45tg4 y
022
0
2
0
Vận tốc hòn đá khi ném
Khi hòn đá rơi xuống đất y = 0, theo bài ra x = 42 m. Do vậy
)s/m(20
421.
2
2
9.442
Hx.45tg45cos
2
g
.x
V
0
45cosV
x
g
2
1
x45tgH
00
0
022
0
2
0
BÀI 14 :Một máy bay đang bay ngang với vận tốc V1 ở độ cao h so với mặt đất muốn
thả bom trúng một đoàn xe tăng đang chuyển động với vận tốc V2 trong cùng 2 mặt
phẳng thẳng đứng với máy bay. Hỏi còn cách xe tăng bao xa thì cắt bom (đó là khoảng
cách từ đường thẳng đứng qua máy bay đến xe tăng) khi máy bay và xe tăng chuyển
động cùng chiều.
Bài giải:
Chọn gốc toạ độ O là điểm cắt bom, t = 0 là lúc cắt bom.
Phương trình chuyển động là:
x = V1t (1)
y = 1/2gt2 (2)
Vật lí 10 : thiencuongth
Phương trình quỹ đạo:
2
2
0
x
V
g
2
1
y
Bom sẽ rơi theo nhánh Parabol và gặp mặt đường tại B. Bom sẽ trúng xe khi bom và
xe cùng lúc đến B
và
g
h2
g
y2
t
g
h2
Vx 1B
Lúc t = 0 còn xe ở A
g
h2
Vt V AB 22
* Khoảng cách khi cắt bom là :
V(Vg
h2
)VV(ABHBHA 121
BÀI 15 :Từ đỉnh một mặt phẳng nghiêng có góc nghiêng so với phương ngang,
người ta ném một vật với vận tốc ban đầu V0 hợp với phương ngang góc . Tìm
khoảng cách l dọc theo mặt phẳng nghiêng từ điểm ném tới điểm rơi.
Bài giải;
Các phương thình toạ độ của vật:
Vật lí 10 : thiencuongth
)2(
gt2
1
tsinVHy
)1(tcosVx
20
0
Từ (1)
cosV
x
t
0
Thế vào (2) ta được:
(3)
cosV
x
g
2
1
xtgHy
22
0
2
Ta có toạ độ của điểm M:
sinlHy
coslx
M
M
Thế xM, yM vào (3) ta được:
22
0
22
cosV2
cosgl
cosltgHsinlH
2
2
0
2
2
0
2
22
0
cosg
)sin(
cosV2
cosg
sincoscossin
cosV2
cosg
sincostg
.cosV2l
BÀI 16 :Ở một đồi cao h0 = 100m người ta đặt 1 súng cối nằm ngang và muốn bắn sao
cho quả đạn rơi về phía bên kia của toà nhà và gần bức tường AB nhất. Biết toà nhà
cao h = 20 m và tường AB cách đường thẳng đứng qua chỗ bắn là l = 100m. Lấy g =
10m/s2. Tìm khoảng cách từ chỗ viên đạn chạm đất đến chân tường AB.
Vật lí 10 : thiencuongth
Bài giải:
Chọn gốc toạ độ là chỗ đặt súng, t = 0 là lúc bắn.
Phương trình quỹ đạo
2
2
0
x
V
g
2
1
y
Để đạn chạm đất gần chân tường nhất thì quỹ đạo của đạn đi sát đỉnh A của tường nên
2
A2
0
A x
V
g
2
1
y
s/m25100.
80.2
10.1
x.
y
g
2
1
V A
A
0
Như vậy vị trí chạm đất là C mà
)m(8,11
10
100.2
25
g
h2
V
g
y.2
Vx 0
C
0C
Vậy khoảng cách đó là: BC = xC l = 11,8 (m)
Vật lí 10 : thiencuongth
BÀI 17 :Một vật được ném lên từ mặt đất theo phương xiên góc tại điểm cao nhất của
quỹ đạo vật có vận tốc bằng một nửa, vận tốc ban đầu và độ cao h0 =15m. Lấy g =
10m/s2.
Tính ở độ lớn vận tốc
Bài giải:
Chọn: Gốc O là chỗ ném
* Hệ trục toạ độ xOy
* T = 0 là lúc ném
Vận tốc tại 1 điểm
yx VVV
Tại S: Vy = 0
cosVVV oxs
Mà
oo
s 602
1
cos
2
V
V
Và
Vật lí 10 : thiencuongth
s/m20
2
3
15x10x2
sin
gy2
V
g2
sinV
y so
2
o
x
BÀI 18 :Em bé ngồi dưới sàn nhà ném 1 viên bi lên bàn cao h = 1m với vận tốc
V0 = 102 m/s. Để viên bi có thể rơi xuống mặt bàn ở B xa mép bàn A nhất thì vận
tốc oV phải nghiêng với phương ngang 1 góc bằng bao nhiêu?
Lấy g = 10m/s2.
Bài giải:
Để viên bi có thể rơi xa mép bàn A nhất thì quỹ đạo của viên bi phải đi sát A.
Gọi 1V là vận tốc tại A và hợp với AB góc 1 mà:
g
2sinV
AB 1
2
(coi như được ném từ A với AB là tầm
Để AB lớn nhất thì
Vật lí 10 : thiencuongth
4
12sin 11
Vì thành phần ngang của các vận tốc
đều bằng nhau V0cos = V.cos 1
1
o
cos.
V
V
cos
Với
2
1
cos
gh2VV
1
2
o
Nên
2
1
102
1x10
2
1
V
gh
2
1
2
1
.
V
gh2V
cos
22
oo
2
o
o60
BÀI 19 :Một bàn nằm ngang quay tròn đều với chu kỳ T = 2s. Trên bàn đặt một vật
cách trục quay R = 2,4cm. Hệ số ma sát giữa vật và bàn tối thiểu bằng bao nhiêu để vật
không trượt trên mặt bàn. Lấy g = 10 m/s2 và 2 = 10
Bài giải:
Vật lí 10 : thiencuongth
Khi vật không trượt thì vật chịu tác dụng của 3 lực:
nghØF;N,P ms
Trong đó:
0NP
Lúc đó vật chuyển động tròn đều nên msF là lực hướng tâm:
)2(mg.F
)1(RmwF
ms
2
ms
g
Rw
g.Rw
2
2
Với w = 2 /T = .rad/s
25,0
10
25,0.2
Vậy min = 0,25
BÀI 20 :Một lò xo có độ cứng K, chiều dài tự nhiên l0, 1 đầu giữ cố định ở A, đầu kia
gắn vào quả cầu khối lượng m có thể trượt không ma sát trên thanh ( ) nằm ngang.
Thanh ( ) quay đều với vận tốc góc w xung quanh trục (A) thẳng đứng. Tính độ dãn
của lò xo khi l0 = 20 cm; w = 20 rad/s; m = 10 g ; k = 200 N/m
Bài giải:
Vật lí 10 : thiencuongth
Các lực tác dụng vào quả cầu
dhF;N;P
2
o
2
o
22
o
2
mwK
lmw
l
lmwmwKl
llmwlK
với k > mw2
m05,0
20.01,0200
2,0.20.01,0
l
2
2
BÀI 21 :Vòng xiếc là một vành tròn bán kính R = 8m, nằm trong mặt phẳng thẳng
đứng. Một người đi xe đạp trên vòng xiếc này, khối lượng cả xe và người là 80 kg.
Lấy g = 9,8m/s2 tính lực ép của xe lên vòng xiếc tại điểm cao nhất với vận tốc tại điểm
này là v = 10 m/s.
Bài giải:
Các lực tác dụng lên xe ở điểm cao nhất là N;P
Khi chiếu lên trục hướng tâm ta được
Vật lí 10 : thiencuongth
N2168,9
8
10
80g
R
v
mN
R
mv
NP
22
2
BÀI 22 :Một quả cầu nhỏ có khối lượng m = 100g được buộc vào đầu 1 sợi dây dài l =
1m không co dãn và khối lượng không đáng kể. Đầu kia của dây được giữ cố định ở
điểm A trên trụ quay (A) thẳng đứng. Cho trục quay với vận tốc góc w = 3,76 rad/s.
Khi chuyển động đã ổn định hãy tính bán kính quỹ đạo tròn của vật. Lấy g =
10m/s2.
Bài giải:
Các lực tác dụng vào vật P;T
Khi ( ) quay đều thì quả cầu sẽ chuyển động tròn đều trong mặt phẳng nằm ngang,
nên hợp lực tác dụng vào quả cầu sẽ là lực hướng tâm.
TPF
với
RmwF
PF
2
Vật lí 10 : thiencuongth
g
Rw
mg
F
tgvà
2
R = lsin
cos
sin
g
sinlw
tg
2
Vì
o
22
45707,0
1.76,3
10
lw
g
cos0
Vậy bán kính quỹ đạo R = lsin = 0,707 (m)
BÀI 23 :Chu kỳ quay của mặt băng quanh trái đất là T = 27 ngày đêm. Bán kính trái
đất là R0 = 6400km và Trái đất có vận tốc vũ trụ cấp I là v0 = 7,9 km/s. Tìm bán kính
quỹ đạo của mặt trăng.
Bài giải:
Mặt trăng cũng tuân theo quy luật chuyển động của vệ tinh nhân tạo.
Vận tốc của mặt trăng
R
GM
v o
Trong đó M0 là khối lượng Trái đất và R là bán kính quỹ đạo của mặt trăng.
Vận tốc vũ trụ cấp I của Trái Đất
Vật lí 10 : thiencuongth
km10.38R
14,3.4
9,7x24.3600.27.6400
4
v.TR
R
R
R
Tv
R2
R.
T
2
v;
R
R
v
v
R
GM
v
5
2
22
2
2
oo3o
o
o
o
o
o
o
BÀI 24 :Quả cầu m = 50g treo ở đầu A của dây OA dài l = 90cm. Quay cho quả cầu
chuyển động tròn trong mặt phẳng thẳng đứng quanh tâm O. Tìm lực căng của dây khi
A ở vị trí thấp hơn O. OA hợp với phương thẳng đứng góc = 60o và vận tốc quả
cầu là 3m/s, g = 10m/s2.
Bài giải:
Ta có dạng:
amP;T
Chiếu lên trục hướng tâm ta được
N75,0
93
2
1
x1005,0
R
v
60cosgmT
R
v
mmaht60cosPT
22
0
2
o
Vật lí 10 : thiencuongth
PHẦN THỨ HAI
MỘT SỐ BÀI TẬP VẬT LÍ VẬN DỤNG SÁNG TẠO PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ
Phương pháp tọa độ là phương pháp cơ bản trong việc giải các bài tập vật lí
phần động lực học. Muốn nghiên cứu chuyển động của một chất điểm, trước hết ta cần
chọn một vật mốc, gắn vào đó một hệ tọa độ để xác định vị trí của nó và chọn một gốc
thời gian cùng với một đồng hồ hợp thành một hệ quy chiếu.
Vật lí THPT chỉ nghiên cứu các chuyển động trên một đường thẳng hay chuyển
động trong một mặt phẳng, nên hệ tọa độ chỉ gồm một trục hoặc một hệ hai trục vuông
góc tương ứng.
Phương pháp
+ Chọn hệ quy chiếu thích hợp.
+ Xác định tọa độ ban đầu, vận tốc ban đầu, gia tốc của chất điểm theo các trục
tọa độ: x0, y0; v0x, v0y; ax, ay. (ở đây chỉ khảo sát các chuyển động thẳng đều, biến đổi
đều và chuyển động của chất điểm được ném ngang, ném xiên).
+ Viết phương trình chuyển động của chất điểm
00y
2
y
00x
2
x
ytvta
2
1y
xtvta
2
1x
Vật lí 10 : thiencuongth
+ Viết phương trình quỹ đạo (nếu cần thiết) y = f(x) bằng cách khử t trong các
phương trình chuyển động.
+ Từ phương trình chuyển động hoặc phương trình quỹ đạo, khảo sát chuyển
động của chất điểm:
- Xác định vị trí của chất điểm tại một thời điểm đã cho.
- Định thời điểm, vị trí khi hai chất điểm gặp nhau theo điều kiện
21
21
yy
xx
- Khảo sát khoảng cách giữa hai chất điểm 221
2
21 )y(y)x(xd
Học sinh thường chỉ vận dụng phương pháp tọa độ để giải các bài toán quen
thuộc đại loại như, hai xe chuyển động ngược chiều gặp nhau, chuyển động cùng chiều
đuổi kịp nhau,…trong đó các chất điểm cần khảo sát chuyển động đã tường minh, chỉ
cần làm theo một số bài tập mẫu một cách máy móc và rất dễ nhàm chán. Trong khi
đó, có rất nhiều bài toán tưởng chừng như phức tạp, nhưng nếu vận dụng một cách
khéo léo phương pháp tọa độ thì chúng trở nên đơn giản và rất thú vị.
Xin đưa ra một số ví dụ:
Bài toán 1
Một vật m = 10kg treo vào trần một buồng thang máy có khối lượng M =
200kg. Vật cách sàn 2m. Một lực F kéo buồng thang máy đi lên với gia tốc a = 1m/s2.
Trong lúc buồng đi lên, dây treo bị đứt, lực kéo F vẫn không đổi. Tính gia tốc ngay sau
đó của buồng và thời gian để vật rơi xuống sàn buồng. Lấy g = 10m/s2.
Vật lí 10 : thiencuongth
Nhận xét
Đọc xong đề bài, ta thường nhìn nhận hiện tượng xảy ra trong thang máy (chọn
hệ quy chiếu gắn với thang máy), rất khó để mô tả chuyển động của vật sau khi dây
treo bị đứt. Hãy đứng ngoài thang máy để quan sát (chọn hệ quy chiếu gắn với đất) hai
chất điểm vật và sàn thang đang chuyển động trên cùng một đường thẳng. Dễ dàng
vận dụng phương pháp tọa độ để xác định được thời điểm hai chất điểm gặp nhau, đó
là lúc vật rơi chạm sàn thang.
Giải
Chọn trục Oy gắn với đất, thẳng đứng hướng lên, gốc O tại vị
trí sàn lúc dây đứt, gốc thời gian t = 0 lúc dây đứt.
Khi dây treo chưa đứt, lực kéo F và trọng lực P = (M + m)g gây ra gia
tốc a cho hệ M + m, ta có
F - P = (M + m)a 2310Ng)m)(a(MF
+ Gia tốc của buồng khi dây treo đứt
Lực F chỉ tác dụng lên buồng, ta có
F – Mg = Ma1, suy ra
21 1,55m/sM
MgFa
+ Thời gian vật rơi xuống sàn buồng
Vật và sàn thang cùng chuyển động với vận tốc ban đầu v0.
Phương trình chuyển động của sàn thang và vật lần lượt là
tvta
2
1y 0
2
11 ; 020
2
22 ytvta2
1y
y
O
F
T
P
0v
0v
y02
Vật lí 10 : thiencuongth
Với a1 = 1,55m/s2, y02 = 2m, vật chỉ còn chịu tác dụng của trọng lực nên có gia tốc a2 =
-g
Vậy
tv0,775ty 0
2
1 và 2tv5ty 0
2
2
Vật chạm sàn khi
Vật chạm sàn khi y1 = y2, suy ra t = 0,6s.
Bài toán 2
Một t