Chào các em học sinh yêu quý của thầy! Hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập Vật lý rất thú vị liên quan đến chuyển động thẳng biến đổi đều và định luật II Newton. Thầy sẽ hướng dẫn các em từng bước thật chi tiết dựa trên kiến thức đã học trong Sách giáo khoa nhé.

Chúng ta bắt đầu với phần phân tích đề bài nào.

Đề bài cho biết:
– Khối lượng của ô tô: m = 1200 kg
– Thời gian ô tô bắt đầu tăng tốc: t = 30 s
– Vận tốc ô tô đạt được sau 30s: v = 30 m/s
– Hệ số ma sát giữa xe và mặt đường: \(\mu\) = 0,2
– Gia tốc trọng trường: g = 10 m/s\(^2\)

Chúng ta cần tính:
a. Gia tốc và quãng đường ô tô đi được trong 30 giây.
b. Lực kéo của động cơ.

—

PHẦN A: TÍNH GIA TỐC VÀ QUÃNG ĐƯỜNG Ô TÔ ĐI ĐƯỢC

Chúng ta sẽ lần lượt giải quyết từng yêu cầu trong phần a.

1. Tính gia tốc của ô tô:

Trước hết, các em hãy nhớ lại kiến thức về chuyển động thẳng biến đổi đều. Ô tô bắt đầu khởi hành, có nghĩa là vận tốc ban đầu của nó là \(v_0 = 0\) m/s. Sau một khoảng thời gian t, vận tốc của nó đạt giá trị v. Mối liên hệ giữa vận tốc cuối, vận tốc đầu, gia tốc và thời gian trong chuyển động thẳng biến đổi đều được biểu diễn bởi công thức:

\[ v = v_0 + at \]

Ở đây, chúng ta đã biết v, \(v_0\), và t. Nhiệm vụ của chúng ta là tìm gia tốc a.
Chúng ta có thể biến đổi công thức trên để tìm a:

\[ a = \frac{v – v_0}{t} \]

Bây giờ, chúng ta thay số vào công thức:

\[ a = \frac{30 \text{ m/s} – 0 \text{ m/s}}{30 \text{ s}} \]
\[ a = \frac{30}{30} \text{ m/s}^2 \]
\[ a = 1 \text{ m/s}^2 \]

Vậy, gia tốc của ô tô là 1 m/s\(^2\).

2. Tính quãng đường ô tô đi được:

Tiếp theo, chúng ta cần tính quãng đường mà ô tô đi được trong thời gian 30 giây này. Trong chuyển động thẳng biến đổi đều, có nhiều công thức liên hệ giữa quãng đường, vận tốc, gia tốc và thời gian. Thầy sẽ giới thiệu một công thức phổ biến và phù hợp với dữ kiện đề bài đã cho:

\[ s = v_0t + \frac{1}{2}at^2 \]

Ở đây, chúng ta đã biết \(v_0\), t, và vừa tính được a. Chúng ta chỉ cần thay số vào:

\[ s = (0 \text{ m/s})(30 \text{ s}) + \frac{1}{2}(1 \text{ m/s}^2)(30 \text{ s})^2 \]
\[ s = 0 + \frac{1}{2}(1)(900) \text{ m} \]
\[ s = \frac{900}{2} \text{ m} \]
\[ s = 450 \text{ m} \]

Vậy, quãng đường ô tô đi được trong 30 giây là 450 mét.

—

PHẦN B: TÍNH LỰC KÉO CỦA ĐỘNG CƠ

Để tính lực kéo của động cơ, 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 nó và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật”. Công thức của Định luật II Newton là:

\[ \vec{F}_{hợp} = m\vec{a} \]

Ở đây, \(\vec{F}_{hợp}\) là hợp lực tác dụng lên vật, m là khối lượng của vật, và \(\vec{a}\) là gia tốc của vật.

Trước hết, chúng ta cần xác định các lực tác dụng lên ô tô khi nó chuyển động.

1. Trọng lực (\(\vec{P}\)): Đây là lực hút của Trái Đất tác dụng lên ô tô, luôn hướng thẳng đứng xuống dưới. Độ lớn của trọng lực là \(P = mg\).
2. Phản lực (\(\vec{N}\)): Đây là lực mà mặt đường tác dụng lên ô tô, vuông góc với mặt đường và hướng lên trên. Trong trường hợp ô tô chuyển động trên mặt đường nằm ngang, độ lớn của phản lực bằng độ lớn của trọng lực: \(N = P = mg\).
3. Lực ma sát (\(\vec{F}_{ms}\)): Đây là lực cản trở chuyển động, luôn ngược hướng với chiều chuyển động. Độ lớn của lực ma sát được tính theo công thức: \(F_{ms} = \mu N\).
4. Lực kéo của động cơ (\(\vec{F}_{kéo}\)): Đây là lực mà động cơ sinh ra để làm ô tô chuyển động, cùng chiều với chiều chuyển động. Đây là đại lượng chúng ta cần tìm.

Chúng ta sẽ chọn chiều dương là chiều chuyển động của ô tô.

Bây giờ, chúng ta áp dụng Định luật II Newton cho phương chuyển động (phương ngang):

\[ F_{kéo} – F_{ms} = ma \]

Chúng ta đã biết m, a (từ phần a), và chúng ta có thể tính được \(F_{ms}\).
Trước hết, tính độ lớn của phản lực N:

\[ N = mg = (1200 \text{ kg})(10 \text{ m/s}^2) = 12000 \text{ N} \]

Tiếp theo, tính độ lớn của lực ma sát \(F_{ms}\):

\[ F_{ms} = \mu N = (0,2)(12000 \text{ N}) = 2400 \text{ N} \]

Bây giờ, chúng ta quay lại phương trình Định luật II Newton và thay các giá trị đã biết vào để tìm \(F_{kéo}\):

\[ F_{kéo} – 2400 \text{ N} = (1200 \text{ kg})(1 \text{ m/s}^2) \]
\[ F_{kéo} – 2400 \text{ N} = 1200 \text{ N} \]

Chuyển vế để tìm \(F_{kéo}\):

\[ F_{kéo} = 1200 \text{ N} + 2400 \text{ N} \]
\[ F_{kéo} = 3600 \text{ N} \]

Vậy, lực kéo của động cơ là 3600 N.

—

TÓM LẠI KẾT QUẢ:

a. Gia tốc của ô tô là \(a = 1\) m/s\(^2\) và quãng đường ô tô đi được trong 30 giây là \(s = 450\) m.
b. Lực kéo của động cơ là \(F_{kéo} = 3600\) N.

Thầy hy vọng các em đã hiểu rõ từng bước giải bài tập này. Các em hãy xem lại và cố gắng tự mình giải lại để nắm vững kiến thức nhé! Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi thầy. Chúc các em học tốt!