Đầu tiên, chúng ta cần tóm tắt lại đề bài để có cái nhìn rõ ràng nhất.
Khối lượng xe tải: m = 5 tấn
Vận tốc ban đầu của xe: v0 = 72 km/h
Xe chuyển động với vận tốc không đổi, sau đó người lái hãm phanh để xe dừng hẳn.
Chúng ta cần tính lực hãm trung bình trong hai trường hợp:
a) Thời gian để xe dừng lại: t1 = 1 phút 40 giây
b) Thời gian để xe dừng lại: t2 = 10 giây

Trước khi đi vào giải chi tiết, chúng ta cần đổi đơn vị của các đại lượng về đơn vị chuẩn trong hệ SI để thuận tiện cho việc tính toán.
Khối lượng:
m = 5 tấn = 5 * 1000 kg = 5000 kg

Vận tốc ban đầu:
v0 = 72 km/h
Để đổi từ km/h sang m/s, ta chia cho 3.6.
v0 = 72 / 3.6 = 20 m/s

Vận tốc cuối cùng của xe khi dừng hẳn là v = 0 m/s.

Bây giờ chúng ta sẽ đi vào giải từng phần của bài toán.

Phần a) Xe dừng lại sau 1 phút 40 giây

Bước 1: Đổi thời gian về đơn vị giây.
t1 = 1 phút 40 giây = 1 * 60 giây + 40 giây = 60 + 40 = 100 giây.

Bước 2: Tính gia tốc của xe trong quá trình hãm phanh.
Chúng ta sẽ sử dụng công thức liên hệ giữa vận tốc, vận tốc đầu, gia tốc và thời gian trong chuyển động thẳng biến đổi đều:
v = v0 + at
Trong đó:
v là vận tốc cuối (0 m/s)
v0 là vận tốc đầu (20 m/s)
a là gia tốc (chúng ta cần tìm)
t là thời gian (100 s)

Thay số vào công thức:
0 = 20 + a * 100
=> 100a = -20
=> a = -20 / 100
=> a = -0.2 m/s²

Dấu âm của gia tốc cho thấy đây là chuyển động chậm dần đều, đúng với bản chất của việc hãm phanh.

Bước 3: Tính lực hãm trung bình.
Theo Định luật II Newton, chúng ta có:
F = ma
Trong đó:
F là hợp lực tác dụng lên vật (ở đây là lực hãm)
m là khối lượng của vật (5000 kg)
a là gia tốc của vật (-0.2 m/s²)

Thay số vào công thức:
F = 5000 * (-0.2)
F = -1000 N

Lực hãm là một lực cản, nên nó có chiều ngược với chiều chuyển động. Nếu ta quy ước chiều chuyển động là chiều dương, thì lực hãm sẽ có giá trị âm. Tuy nhiên, khi đề bài yêu cầu tính “lực hãm trung bình”, chúng ta thường hiểu là độ lớn của lực đó. Vậy, độ lớn của lực hãm trung bình là 1000 N.
Lưu ý: Nếu câu hỏi yêu cầu tính hợp lực tác dụng lên xe, thì kết quả là -1000 N. Nhưng ở đây là lực hãm, ta có thể hiểu là độ lớn.

Vậy, lực hãm trung bình khi xe dừng lại sau 1 phút 40 giây là 1000 N.

Phần b) Xe dừng lại sau 10 giây.

Bước 1: Thời gian đã ở đơn vị giây.
t2 = 10 giây.

Bước 2: Tính gia tốc của xe trong quá trình hãm phanh.
Chúng ta lại sử dụng công thức:
v = v0 + at

Thay số vào công thức:
0 = 20 + a * 10
=> 10a = -20
=> a = -20 / 10
=> a = -2 m/s²

Gia tốc trong trường hợp này lớn hơn về độ lớn so với trường hợp a), điều này là hợp lý vì xe dừng lại trong thời gian ngắn hơn.

Bước 3: Tính lực hãm trung bình.
Chúng ta lại sử dụng Định luật II Newton:
F = ma

Thay số vào công thức:
F = 5000 * (-2)
F = -10000 N

Tương tự như trên, độ lớn của lực hãm trung bình là 10000 N.

Vậy, lực hãm trung bình khi xe dừng lại sau 10 giây là 10000 N.

Qua bài tập này, các em thấy rằng khi thời gian hãm càng ngắn, thì lực hãm cần thiết càng lớn để xe có thể dừng lại được. Các em về nhà ôn lại các công thức về chuyển động thẳng biến đổi đều và Định luật II Newton nhé. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi thầy.