Chào các em học sinh yêu quý của thầy! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập rất hay về chuyển động thẳng chậm dần đều, liên quan đến lực hãm. Thầy sẽ hướng dẫn các em từng bước một, đảm bảo chúng ta hiểu rõ bản chất của vấn đề theo đúng chương trình Vật lý lớp 10 nhé.

Đề bài cho chúng ta biết:
– Khối lượng của ô tô: \(m = 5 \text{ tấn}\)
– Thời gian từ lúc hãm phanh đến lúc dừng lại: \(t = 2,5 \text{ s}\)
– Quãng đường đi được kể từ lúc hãm phanh đến lúc dừng lại: \(s = 12 \text{ m}\)
– Yêu cầu tìm lực hãm.

Đầu tiên, chúng ta cần đổi các đơn vị về đơn vị chuẩn trong hệ SI. Khối lượng 5 tấn chúng ta sẽ đổi sang kilogam.
\(m = 5 \text{ tấn} = 5 \times 1000 \text{ kg} = 5000 \text{ kg}\)

Vì ô tô chuyển động thẳng chậm dần đều và cuối cùng dừng lại, nên ta có những thông tin sau:
– Vận tốc ban đầu (lúc bắt đầu hãm phanh) là \(v_0\).
– Vận tốc cuối cùng (lúc dừng lại) là \(v = 0 \text{ m/s}\).

Bây giờ, chúng ta sẽ áp dụng các công thức của chuyển động thẳng chậm dần đều để tìm vận tốc ban đầu và gia tốc.

Bước 1: Tìm gia tốc của chuyển động.
Chúng ta biết công thức liên hệ giữa quãng đường, vận tốc đầu, vận tốc cuối và gia tốc trong chuyển động thẳng biến đổi đều là:
\[v^2 – v_0^2 = 2as\]
Trong trường hợp này, vận tốc cuối \(v = 0\), nên ta có:
\[0^2 – v_0^2 = 2as\]
\[-v_0^2 = 2as\]
Như vậy, chúng ta thấy công thức này có hai ẩn là \(v_0\) và \(a\). Chúng ta cần thêm một phương trình nữa.

Chúng ta cũng có công thức liên hệ giữa vận tốc, vận tốc đầu, gia tốc và thời gian:
\[v = v_0 + at\]
Vì \(v = 0\), nên ta có:
\[0 = v_0 + at\]
Suy ra:
\[v_0 = -at\]
Chúng ta nhận thấy \(v_0\) là vận tốc ban đầu nên phải dương, và \(a\) là gia tốc trong chuyển động chậm dần đều nên nó phải âm. Dấu âm ở đây chỉ ra rằng gia tốc ngược chiều với vận tốc, điều này hoàn toàn hợp lý.

Bây giờ, chúng ta sẽ thay biểu thức của \(v_0\) vào công thức quãng đường:
\[-v_0^2 = 2as\]
\[-(-at)^2 = 2as\]
\[-(a^2 t^2) = 2as\]
\[-a t^2 = 2s\] (Chúng ta có thể chia cả hai vế cho \(a\) vì \(a \neq 0\) khi xe đang chuyển động)
\[a = -\frac{2s}{t^2}\]

Bây giờ chúng ta thay số vào để tính gia tốc \(a\):
\(s = 12 \text{ m}\)
\(t = 2,5 \text{ s}\)
\[a = -\frac{2 \times 12}{(2,5)^2} = -\frac{24}{6,25} = -3,84 \text{ m/s}^2\]
Dấu âm của gia tốc cho thấy gia tốc ngược chiều với chiều chuyển động, đúng với tính chất của chuyển động chậm dần đều.

Bước 2: Tìm vận tốc ban đầu \(v_0\).
Chúng ta có thể dùng công thức \(v_0 = -at\) mà chúng ta đã suy ra ở trên:
\(a = -3,84 \text{ m/s}^2\)
\(t = 2,5 \text{ s}\)
\(v_0 = -(-3,84) \times 2,5 = 3,84 \times 2,5 = 9,6 \text{ m/s}\)
Vậy vận tốc ban đầu của ô tô khi bắt đầu hãm phanh là 9,6 m/s.

Bước 3: Tìm lực hãm.
Để tìm lực hãm, chúng ta sẽ áp dụng định luật II Newton. Định luật này phát biểu rằng: “Gia tốc của một vật tỉ lệ thuận với hợp lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.”
\[\vec{F} = m\vec{a}\]
Trong trường hợp này, hợp lực tác dụng lên ô tô khi hãm phanh chính là lực hãm, thầy ký hiệu là \(\vec{F}_{hãm}\).
Vì chuyển động chậm dần đều, lực hãm này sẽ ngược chiều với chuyển động. Ta có thể coi chiều chuyển động là chiều dương.
Vậy, lực hãm sẽ có chiều ngược với chiều dương.

Xét về độ lớn, ta có:
\(F_{hãm} = m \times |a|\)
Chúng ta đã có \(m = 5000 \text{ kg}\) và \(|a| = 3,84 \text{ m/s}^2\).
\(F_{hãm} = 5000 \times 3,84 = 19200 \text{ N}\)

Vậy, độ lớn của lực hãm là 19200 Newton.

Kết luận: Lực hãm tác dụng lên ô tô là 19200 N.

Các em thấy đó, với kiến thức về chuyển động thẳng biến đổi đều và định luật II Newton, chúng ta hoàn toàn có thể giải quyết bài toán này một cách logic và chính xác. Quan trọng là chúng ta phải phân tích kỹ đề bài, xác định đúng các đại lượng đã biết và cần tìm, sau đó áp dụng công thức phù hợp.

Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, các em đừng ngần ngại hỏi thầy nhé!