Đề bài cho chúng ta biết thông tin về hai xe ô tô chuyển động trên đường nằm ngang, được nối với nhau bằng dây xích.

Thông số đã cho:
– Khối lượng xe 1: m1 = 0,5 tấn = 500 kg
– Khối lượng xe 2: m2 = 500 kg
– Hệ số ma sát lăn của mặt đường với xe 1: μ1 = 0,1
– Hệ số ma sát lăn của mặt đường với xe 2: μ2 = 0,05
– Gia tốc trọng trường: g = 10 m/s²
– Xe 1 kéo xe 2.
– Thời gian chuyển động: t = 10 s
– Quãng đường đi được sau 10s: s = 25 m

Chúng ta cần tìm:
a) Lực kéo của động cơ xe 1 (ký hiệu là Fk).
b) Lực căng dây của dây xích (ký hiệu là T).

—

Bước 1: Phân tích chuyển động và xác định các lực tác dụng lên từng xe.
Đây là bước quan trọng nhất để chúng ta có thể áp dụng các định luật Newton một cách chính xác. Vì hai xe chuyển động cùng nhau, chúng sẽ có cùng gia tốc.

1.1. Phân tích cho xe 2:
Xe 2 chịu tác dụng của các lực sau:
– Trọng lực: P2 = m2 * g (hướng xuống)
– Phản lực của mặt đường: N2 (hướng lên)
– Lực căng của dây xích: T (hướng về phía trước, do xe 1 kéo)
– Lực ma sát lăn: Fms2 (hướng về phía sau, ngược chiều chuyển động)

1.2. Phân tích cho xe 1:
Xe 1 chịu tác dụng của các lực sau:
– Trọng lực: P1 = m1 * g (hướng xuống)
– Phản lực của mặt đường: N1 (hướng lên)
– Lực kéo của động cơ: Fk (hướng về phía trước)
– Lực căng của dây xích: T (hướng về phía sau, do xe 2 tác dụng lại xe 1)
– Lực ma sát lăn: Fms1 (hướng về phía sau, ngược chiều chuyển động)

—

Bước 2: Áp dụng định luật II Newton cho từng xe.
Chúng ta sẽ chiếu định luật II Newton lên các trục tọa độ phù hợp. Do chuyển động là trên đường nằm ngang, chúng ta chọn trục Ox trùng với phương chuyển động, chiều dương hướng theo chiều chuyển động. Trục Oy vuông góc với phương chuyển động, chiều dương hướng lên.

2.1. Đối với xe 2:
– Theo phương Oy: N2 – P2 = 0 => N2 = P2 = m2 * g
– Theo phương Ox: T – Fms2 = m2 * a
Trong đó, Fms2 là lực ma sát lăn của xe 2, được tính bằng: Fms2 = μ2 N2 = μ2 m2 * g
Thay vào phương trình Ox: T – μ2 m2 g = m2 * a (Phương trình 1)

2.2. Đối với xe 1:
– Theo phương Oy: N1 – P1 = 0 => N1 = P1 = m1 * g
– Theo phương Ox: Fk – T – Fms1 = m1 * a
Trong đó, Fms1 là lực ma sát lăn của xe 1, được tính bằng: Fms1 = μ1 N1 = μ1 m1 * g
Thay vào phương trình Ox: Fk – T – μ1 m1 g = m1 * a (Phương trình 2)

—

Bước 3: Tính toán gia tốc chuyển động.
Chúng ta đã biết quãng đường s và thời gian t, hai xe chuyển động nhanh dần đều từ trạng thái nghỉ (ngụ ý là bắt đầu chuyển động tức là vận tốc ban đầu bằng 0). Chúng ta có thể sử dụng công thức của chuyển động thẳng biến đổi đều:
s = v0*t + 0.5*a*t²
Với vận tốc ban đầu v0 = 0, ta có:
s = 0.5*a*t²
Suy ra gia tốc a:
a = (2*s) / t²
Thay số vào:
a = (2 * 25 m) / (10 s)²
a = 50 / 100 m/s²
a = 0,5 m/s²

—

Bước 4: Tính lực căng dây T.
Chúng ta đã có gia tốc a và phương trình 1:
T – μ2 m2 g = m2 * a
Từ đây, ta rút ra T:
T = m2 a + μ2 m2 * g
T = m2 (a + μ2 g)
Thay số vào:
T = 500 kg (0,5 m/s² + 0,05 10 m/s²)
T = 500 kg * (0,5 m/s² + 0,5 m/s²)
T = 500 kg * 1 m/s²
T = 500 N

Vậy, lực căng của dây xích là 500 N.

—

Bước 5: Tính lực kéo của động cơ xe 1.
Chúng ta có phương trình 2:
Fk – T – μ1 m1 g = m1 * a
Từ đây, ta rút ra Fk:
Fk = m1 a + T + μ1 m1 * g
Fk = m1 (a + μ1 g) + T
Thay số vào:
Fk = 500 kg (0,5 m/s² + 0,1 10 m/s²) + 500 N
Fk = 500 kg * (0,5 m/s² + 1 m/s²) + 500 N
Fk = 500 kg * 1,5 m/s² + 500 N
Fk = 750 N + 500 N
Fk = 1250 N

Vậy, lực kéo của động cơ xe 1 là 1250 N.

—

Tóm lại kết quả:
a) Lực kéo của động cơ xe 1 là 1250 N.
Lực căng dây của dây xích là 500 N.

Các em thấy đấy, khi chúng ta phân tích kỹ lưỡng từng lực tác dụng và áp dụng đúng các định luật vật lý, bài toán sẽ trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Các em hãy ôn lại các bước này và cố gắng tự giải lại bài tập nhé. Có chỗ nào chưa rõ, các em cứ mạnh dạn hỏi thầy.