VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 10 bài viết Bài toán hệ vật, nhằm giúp các em học tốt chương trình Vật lí 10.
Nội dung bài viết Bài toán hệ vật:
Dạng 2: Hệ vật Hệ vật là hệ gồm có từ hai vật trở lên có liên kết với nhau. Để có công thức giải nhanh đối với bài toán hệ vật, ta xét bài toán sau đây. Ví dụ 1: Cho hai vật được nối với nhau như hình vẽ. Vật A có khối lượng m1 = 2kg, vật B có khối lượng m2 = 1kg. Các sợi dây có khối lượng không đáng kể, không dãn. Hệ được kéo lên bằng lực F có độ lớn 36 N. Lấy g = 10m/s2. Tính gia tốc của mỗi vật và lực căng của dây nối hai vật. A. 24 N. B. 18 N. C. 12 N. D. 6 N. Lời giải: Các lực tác dụng lên hai vật như hình vẽ: Do dây nhẹ, không dãn nên T a 12 Chọn chiều dương hướng lên. Áp dụng định luật II Niu-tơn cho từng vật Cộng (1) và (2) theo vế ta được: F m m g Thay vào (2) ta có: T m Đáp án C Nhận xét: – Đối với hệ vật, lực do các vật ở ngoài hệ tác dụng lên các vật ở trong hệ gọi là ngoại lực. Các lực tương tác giữa các vật trong hệ gọi là nội lực.
Trong bài toán trên, ở phương trình (3) chỉ có mặt các ngoại lực. Từ đó ta thấy, nếu các vật trong hệ chuyển động với cùng một gia tốc a (gọi là gia tốc của hệ), có thể áp dụng định luật II Niu-tơn cho hệ vật như sau: Trong đó ΣFngl là tổng các ngoại lực tác dụng lên hệ; Σmi là tổng khối lượng của các vật trong hệ. – Để tính toán các nội lực, ta áp dụng định luật II Niu-tơn cho từng vật trong hệ. Ví dụ 2: Cho hai vật được nối với nhau như hình vẽ. Vật A có khối lượng m = 1 kg, vật B có khối lượng m2 = 2kg. Các sợi dây có khối lượng không đáng kể, không dãn. Khi kéo hệ lên bằng lực F thì gia tốc của A là 3m/s2. Lấy g = 10m/s2. Tìm độ lớn của F Lời giải: Áp dụng định luật II Niu-tơn cho hệ vật: Đáp án B. Ví dụ 3: Cho cơ hệ như hình vẽ. Vật A có khối lượng m1 = 200g, vật B có khối lượng m2 = 120g nối với nhau bởi một sợi dây nhẹ, không dãn. Biết hệ số ma sát trượt giữa hai vật và mặt phẳng ngang là µ = 0,4. Tác dụng vào A một lực kéo F = 1,5N theo phương ngang. Lấy g = 10 m/s2. Tính độ lớn lực căng dây nối giữa A và B.
Lời giải: Áp dụng định luật II Niu-tơn cho hệ vật: Dễ thấy: N P Áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật B: T m g Đáp án C. Ví dụ 4: Cho cơ hệ như hình vẽ. Vật A có khối lượng m1 = 200g, vật B có khối lượng m2 = 120g nối với nhau bởi một sợi dây nhẹ, không dãn. Hệ số ma sát trượt giữa hai vật và mặt phẳng ngang là µ = 0,4. Tác dụng vào A một lực kéo F theo phương ngang. Biết rằng dây nối hai vật chỉ chịu được lực căng tối đa T0 = 0,6 N. Lấy g = 10 m/s2. Tìm lực F lớn nhất để dây không bị đứt. Lời giải: Áp dụng định luật II Niu-tơn cho hệ vật: Áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật B: Do dây chỉ chịu được lực căng tối đa T TT 0 Đáp án D.
Ví dụ 5: Hai vật m1 = 300g và m2 = 100g nối với nhau bằng dây mảnh, nhẹ, không dãn vắt qua một ròng rọc cố định. Bỏ qua khối lượng của ròng rọc, lực cản của không khí và ma sát tại trục ròng rọc. Tính lực căng của dây. Lấy g 10 m/s2. Lời giải: Bỏ qua khối lượng ròng rọc Dây không dãn: 1 2 a Áp dụng định luật II Niu-tơn cho từng vật với chiều dương tương ứng như hình vẽ, ta có Cộng (1) và (2) suy ra Đáp án C. Chú ý: Có thể áp dụng luôn định luật II Niu-tơn cho hệ hai vật với lưu ý chọn trục chung cho cả hai vật hướng dọc theo dây từ vật m2 sang vật m1. Suy ra ngay Tuy nhiên để tìm T vẫn phải viết định luật II Niu-tơn cho một trong hai vật.