Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau giải quyết một bài tập rất thú vị về chuyển động biến đổi đều và các định luật Newton, những kiến thức nền tảng quan trọng của chương trình Vật lý 10. Các em hãy chú ý theo dõi từng bước thầy hướng dẫn nhé!

Để giải bài toán này, chúng ta cần vận dụng kiến thức về:

• Chuyển động thẳng biến đổi đều (gia tốc không đổi).
• Định luật II Newton.

Chúng ta cùng phân tích đề bài và tóm tắt các đại lượng đã cho:

• Khối lượng ô tô: \(m = 3 \text{ tấn} = 3000 \text{ kg}\).
• Ô tô “khởi hành” nên vận tốc ban đầu: \(v_0 = 0 \text{ m/s}\).
• Trong thời gian \(t_1 = 10 \text{ s}\), ô tô đi được quãng đường \(s_1 = 25 \text{ m}\).

Các đại lượng cần tìm:

• Lực phát động của động cơ xe: \(F_đ\).
• Vận tốc của xe sau \(t_2 = 20 \text{ s}\): \(v_2\).
• Quãng đường xe đi được sau \(t_2 = 20 \text{ s}\): \(s_2\).

Bây giờ, chúng ta hãy bắt tay vào giải bài toán theo từng bước một nhé!

Lời giải chi tiết:

Bước 1: Tìm gia tốc của xe (a)

Vì ô tô khởi hành từ trạng thái đứng yên và chuyển động với lực phát động không đổi (chúng ta giả định gia tốc của xe là không đổi), nên đây là chuyển động thẳng nhanh dần đều.

Công thức tính quãng đường trong chuyển động thẳng nhanh dần đều khi \(v_0 = 0\) là:

\[s = v_0 t + \frac{1}{2} a t^2\]

Vì xe khởi hành từ vận tốc ban đầu bằng 0 (\(v_0 = 0\)), công thức trở thành:

\[s = \frac{1}{2} a t^2\]

Áp dụng cho quãng đường \(s_1\) sau thời gian \(t_1\):

\[s_1 = \frac{1}{2} a t_1^2\]

Thay số liệu vào, ta có:

\[25 = \frac{1}{2} \cdot a \cdot (10)^2\]
\[25 = \frac{1}{2} \cdot a \cdot 100\]
\[25 = 50a\]

Từ đó, ta tìm được gia tốc \(a\):

\[a = \frac{25}{50} = 0.5 \text{ m/s}^2\]

Giải thích: Chúng ta sử dụng công thức quãng đường của chuyển động thẳng biến đổi đều để tìm gia tốc. Đây là đại lượng quan trọng vì nó liên hệ giữa các yếu tố động học (quãng đường, thời gian) và động lực học (lực, khối lượng).

Bước 2: Tìm lực phát động của động cơ xe (\(F_đ\))

Theo Định luật II Newton, hợp lực tác dụng lên vật bằng tích khối lượng và gia tốc của vật:

\[F_{net} = m \cdot a\]

Trong bài toán này, chúng ta bỏ qua các lực cản như lực ma sát hay lực cản của không khí (vì đề bài không nhắc đến). Do đó, lực phát động của động cơ chính là hợp lực gây ra gia tốc cho xe:

\[F_đ = F_{net} = m \cdot a\]

Thay số liệu vào:

\[F_đ = 3000 \text{ kg} \cdot 0.5 \text{ m/s}^2\]
\[F_đ = 1500 \text{ N}\]

Giải thích: Định luật II Newton cho phép chúng ta liên hệ giữa nguyên nhân gây ra chuyển động (lực) và kết quả của chuyển động (gia tốc). Khi có gia tốc và khối lượng, chúng ta dễ dàng tìm được lực.

Bước 3: Tìm vận tốc của xe sau \(t_2 = 20 \text{ s}\) (\(v_2\))

Vận tốc của xe sau thời gian \(t\) trong chuyển động thẳng nhanh dần đều (với \(v_0 = 0\)) được tính bằng công thức:

\[v = v_0 + a \cdot t\]

Vì \(v_0 = 0\), công thức trở thành:

\[v = a \cdot t\]

Áp dụng cho thời điểm \(t_2 = 20 \text{ s}\):

\[v_2 = a \cdot t_2\]

Thay số liệu vào:

\[v_2 = 0.5 \text{ m/s}^2 \cdot 20 \text{ s}\]
\[v_2 = 10 \text{ m/s}\]

Giải thích: Công thức này mô tả sự thay đổi vận tốc theo thời gian khi vật chuyển động với gia tốc không đổi. Nó cho biết vận tốc sẽ tăng lên bao nhiêu sau một khoảng thời gian nhất định.

Bước 4: Tìm quãng đường xe đi được sau \(t_2 = 20 \text{ s}\) (\(s_2\))

Quãng đường xe đi được sau thời gian \(t\) trong chuyển động thẳng nhanh dần đều (với \(v_0 = 0\)) được tính bằng công thức:

\[s = \frac{1}{2} a t^2\]

Áp dụng cho thời điểm \(t_2 = 20 \text{ s}\):

\[s_2 = \frac{1}{2} a t_2^2\]

Thay số liệu vào:

\[s_2 = \frac{1}{2} \cdot 0.5 \text{ m/s}^2 \cdot (20 \text{ s})^2\]
\[s_2 = \frac{1}{2} \cdot 0.5 \cdot 400\]
\[s_2 = 0.25 \cdot 400\]
\[s_2 = 100 \text{ m}\]

Giải thích: Tương tự như Bước 1, chúng ta sử dụng công thức quãng đường của chuyển động thẳng biến đổi đều. Vì gia tốc là không đổi, chúng ta có thể tính quãng đường tại bất kỳ thời điểm nào.

Kết luận:

Vậy, qua các bước giải chi tiết, chúng ta có các kết quả sau:

• Lực phát động của động cơ xe là: \(F_đ = 1500 \text{ N}\).
• Vận tốc của xe sau 20 giây là: \(v_2 = 10 \text{ m/s}\).
• Quãng đường xe đi được sau 20 giây là: \(s_2 = 100 \text{ m}\).

Các em thấy đó, chỉ cần nắm vững các công thức cơ bản và áp dụng đúng trình tự, mọi bài toán vật lý đều trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Hãy luyện tập thêm để củng cố kiến thức nhé!