Một ô tô có khối lượng 2 tấn đang chuyển động với vận tốc 72km/h thì hãm phanh. …
a,Tìm lực hãm phanh. Bỏ qua các lực cản bên ngoài
b,Tìm thời gian từ lúc ô tô hãm phanh đến lúc dừng hẳn
Chào các em học sinh yêu quý! Hôm nay, thầy trò chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập rất hay về chuyển động biến đổi đều và Định luật II Newton. Đây là những kiến thức cơ bản nhưng vô cùng quan trọng, thường xuyên xuất hiện trong các bài kiểm tra và thi cử đấy.
Để giải quyết bài toán này một cách hiệu quả, chúng ta sẽ đi theo các bước sau:
- Tóm tắt đề bài và đổi đơn vị: Đảm bảo tất cả các đại lượng đều ở đơn vị chuẩn của hệ SI.
- Phân tích chuyển động: Xác định loại chuyển động và các công thức liên quan.
- Giải quyết từng yêu cầu:
- Tìm gia tốc của ô tô.
- Áp dụng Định luật II Newton để tìm lực hãm phanh.
- Sử dụng công thức vận tốc để tìm thời gian.
Nào, chúng ta cùng bắt đầu nhé!
— LỜI GIẢI CHI TIẾT —
1. Tóm tắt và đổi đơn vị:
Trước hết, chúng ta cần tóm tắt các đại lượng đã cho và đổi chúng về đơn vị chuẩn của hệ SI để tránh sai sót trong tính toán.
- Khối lượng ô tô: \(m = 2 \text{ tấn} = 2 \times 1000 \text{ kg} = 2000 \text{ kg}\)
- Vận tốc ban đầu: \(v_0 = 72 \text{ km/h}\)
- Vận tốc cuối (khi dừng hẳn): \(v = 0 \text{ m/s}\)
- Quãng đường đi được sau khi hãm phanh: \(s = 500 \text{ m}\)
Để đổi từ km/h sang m/s, ta chia cho 3.6:
\[v_0 = \frac{72}{3.6} \text{ m/s} = 20 \text{ m/s}\]
2. Giải quyết yêu cầu a) Tìm lực hãm phanh.
Để tìm lực hãm phanh, chúng ta cần biết gia tốc của ô tô. Ô tô chuyển động chậm dần đều cho đến khi dừng hẳn, nên gia tốc sẽ có giá trị âm.
Bước 1: Tìm gia tốc \(a\) của ô tô.
Trong chuyển động biến đổi đều, ta có công thức liên hệ giữa vận tốc, quãng đường và gia tốc mà không cần đến thời gian:
\[v^2 – v_0^2 = 2as\]
Giải thích: Công thức này rất hữu ích khi chúng ta biết vận tốc đầu, vận tốc cuối và quãng đường mà vật đi được, giúp chúng ta tìm gia tốc một cách trực tiếp mà không cần phải tính toán qua thời gian trước đó. Đây là một trong ba công thức cơ bản của chuyển động biến đổi đều các em cần nhớ nhé!
Thay các giá trị đã biết vào công thức:
\[0^2 – (20)^2 = 2 \times a \times 500\]
\[-400 = 1000a\]
\[a = \frac{-400}{1000} = -0.4 \text{ m/s}^2\]
Gia tốc \(a = -0.4 \text{ m/s}^2\). Dấu âm của gia tốc cho thấy ô tô đang chuyển động chậm dần đều, điều này hoàn toàn phù hợp với thực tế hãm phanh.
Bước 2: Tìm lực hãm phanh \(F_h\).
Theo Định luật II Newton, tổng hợp lực tác dụng lên vật bằng tích khối lượng và gia tốc của vật:
\[\vec{F_{hl}} = m\vec{a}\]
Trong trường hợp này, đề bài cho phép chúng ta bỏ qua các lực cản bên ngoài khác. Do đó, lực hãm phanh chính là lực tổng hợp gây ra gia tốc cho ô tô.
Giải thích: Định luật II Newton là nền tảng của cơ học, nó cho biết nguyên nhân (lực) và kết quả (gia tốc) của chuyển động. Ở đây, chỉ có lực hãm phanh làm ô tô thay đổi vận tốc, nên lực hãm phanh chính là lực gây ra gia tốc \(a\) mà chúng ta vừa tìm được.
Vì lực hãm phanh ngược chiều chuyển động (làm xe chậm lại) và gia tốc cũng có dấu âm, chúng ta sẽ lấy độ lớn của gia tốc để tính độ lớn của lực hãm phanh.
\[F_h = |F_{hl}| = m|a|\]
\[F_h = 2000 \text{ kg} \times |-0.4| \text{ m/s}^2\]
\[F_h = 2000 \times 0.4 = 800 \text{ N}\]
Vậy, lực hãm phanh là \(800 \text{ N}\).
3. Giải quyết yêu cầu b) Tìm thời gian từ lúc ô tô hãm phanh đến lúc dừng hẳn.
Để tìm thời gian, chúng ta có thể sử dụng công thức vận tốc trong chuyển động biến đổi đều, vì chúng ta đã biết vận tốc đầu, vận tốc cuối và gia tốc.
Bước 1: Tìm thời gian \(t\).
Công thức liên hệ vận tốc và thời gian là:
\[v = v_0 + at\]
Giải thích: Công thức này cho phép chúng ta tìm thời gian chuyển động khi biết vận tốc ban đầu, vận tốc cuối và gia tốc. Nó rất trực tiếp và dễ sử dụng trong trường hợp này.
Thay các giá trị đã biết vào công thức:
\[0 = 20 + (-0.4)t\]
\[0 = 20 – 0.4t\]
\[0.4t = 20\]
\[t = \frac{20}{0.4}\]
\[t = 50 \text{ s}\]
Vậy, thời gian từ lúc ô tô hãm phanh đến lúc dừng hẳn là \(50 \text{ giây}\).
— KẾT LUẬN —
Sau khi hãm phanh, ô tô sẽ dừng lại sau:
a, Lực hãm phanh là \(800 \text{ N}\).
b, Thời gian từ lúc ô tô hãm phanh đến lúc dừng hẳn là \(50 \text{ giây}\).
Các em thấy đấy, việc phân tích bài toán, áp dụng đúng công thức và thực hiện từng bước tính toán cẩn thận sẽ giúp chúng ta giải quyết được mọi bài tập Vật lý. Hãy luyện tập thường xuyên để nắm vững kiến thức nhé!
Đổi \(72km/h=20m/s\)
Áp dụng hệ thức độc lập: \(v^2-{v_0}^2=2as\)
+ Gia tốc của xe kể từ lúc hãm phanh là:
\(a=\dfrac{v^2-{v_0}^2}{2s}=-0,4m/s^2\)
+ Gọi lực hãm là \(F_h\) ; \(m=2 \text{tấn} =2000kg\)
\(F_h=-m.a\) ⇒\(F_h=800N\)
b) Thời gian ô tô hãm phanh đến khi dừng:
\(t = \dfrac{{v – {v_0}}}{a} = \dfrac{{ – 20}}{{ – 0,4}} = 50s\)
Đáp án:
Giải thích các bước giải:
gia tốc a=\(\frac{F}{2000}\)
quãng đường đi
S=\(\frac{v^2}{2a}\) <=>500=\(\frac{20^2}{2.\frac{F}{2000}}\) =>F=800(N)