SGK Vật Lí 10 - Bài 13. Lực ma sát
V Hình 13.1 BD Độ lớn của lực ma sát trượt phụ thuộc vào những yếu tố nào trong các yếu tố sau đây ? Diện tích tiếp xúc của khúc gỗ với mặt bàn. Tốc độ của khúc gỗ. Áp lực lên mặt liếp xúc. Bản chất và các điều kiện bề mặt (độ nhám, độ sạch, độ khô,...) của các mặt tiếp xúc. Em hãy thử nêu các phương án thí nghiệm kiểm chứng, trong đó chỉ thay đổi một yếu tô' còn các yếu tố khác thì giữ nguyên. - LỰC MA SÁT TRƯỢT Ở Trung học cơ sở ta đã biết, khi một vật chuyển động trượt trên một bề mặt, thì bề mặt tác dụng lên vật (tại chỗ tiếp xúc) một lực ma sát trượt cản trở chuyển động của vật trên mặt đó. Đo độ lớn của lục ma sát trượt như thế nào ? Thí nghiệm : Móc lực kế vào một khúc gỗ hình hộp chữ nhật đặt trên bàn rồi kéo theo phương ngang cho khúc gỗ chuyển động gần như thẳng đều (Hình 13.1). Khi ấy, lực kế chỉ độ lớn của lực ma sát trượt tác dụng vào vật. Ta làm như thế vài lần, mỗi lần ghi giá trị mà lực kế chỉ. Sau đó lấy giá trị trung bình làm độ lớn của lực ma sát trượt. Độ lớn của lục ma sát trượt phụ thuộc nhũng yếu tố nào ? Các thí nghiệm cho thấy, độ lớn của lực ma sát trượt: không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ của vật. tỉ lệ với độ lớn của áp lực. phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc. Vật liệu Gỗ trên gỗ 0,2 Thép trên thép 0,57 Nhôm trên thép 0,47 Kim loại trên kim loại (đã bôi trơn) 0,07 Nước đá trên nước đá 0,03 Cao su trẽn bê tòng khô 0,7 Cao su trên bê tông ướt 0,5 Thuỷ tinh trên thuỷ tinh 0,4 Bảng 13.1. Hệ số ma sát trượt (gần đúng) của một số cặp vật liệu. 03 Búng cho hòn bi lăn trên mặt sàn nằm ngang. Hệ số ma sát truụt Hệ số tỉ lệ giữa độ lớn của lực ma sát trượt và độ lớn của áp lực được gọi là hệ số ma sát trượt, kí hiệu là ụt. (13.1) Hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc. Nó không có đơn vị và được dùng để tính độ lớn của lực ma sát trượt. Công thức cùa lục ma sát trượt Fmst = VtN (13.2) Tại sao hòn bi lăn chậm dần ? Tại sao hòn bi lãn được một đoạn đường khá xa mới dừng lại ? Hình 13.2 Hình 13.3 - LỰC MA SÁT LÀN Lực ma sát lăn xuất hiện khi một vật lăn trên mặt một vật khác, để cản lại chuyển động lăn của vật. Thí nghiệm cho thấy lực' ma sát lăn rất nhỏ so với lực ma sát trượt. Trong trường hợp ma sát trượt có hại cần phẵi giảm thì người ta thường dùng con lăn hay ổ bi đặt xen vào giữa hai mặt tiếp xúc (Hình 13.2 và Hình 13.3). Ill - LỰC MA SÁT NGHỈ Thế nào là lực ma sát nghỉ ? Ở thí nghiệm trên Hình 13.1, nếu ta kéo lực kế với một lực nhỏ thì khúc gỗ chưa chuyển động. Mặt bàn đã tác dụng vào khúc gỗ lực ma sát nghỉ cân bằng với lực kéo, làm khúc gỗ đứng yên. F' 1 msn ' msn Hình 13.4 Nhũng đặc điểm của lục ma sát nghỉ Lực ma sát nghỉ có hướng ngược với hướng của lực tác dụng song song với mặt tiếp xúc, có độ lớn bằng độ lớn của lực tác dụng, khi vật còn chưa chuyển động. Khi lực tác dụng song song vói mặt tiếp xúc lớn hơn một giá trị nào đó thì vật sẽ trượt. Điều đó chứng tỏ lực ma sát nghỉ có độ lớn cực đại bằng giá trị này. Thí nghiệm còn chứng tỏ, khi vật trượt, lực ma sát trượt nhỏ hơn lực ma sát nghỉ cực đại. Vai trò của lục ma sát nghi Nhờ có lực ma sát nghỉ ta mới cầm được các vật trên tay, đinh mói được giữ lại ở tường, sợi mới kết được thành vải. Cũng nhờ có lực ma sát nghỉ mà dây cua roa chuyển động, băng chuyền chuyển được các vật từ nơi này đến noi khác. Đối với người, động vật, xe cộ, lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực phát động làm cho các vật chuyển động được. Khi người đi (Hình 13.4), bàn chân đạp vào mặt đất một lực ma sát nghỉ Fmsn hướng về phía sau. Mặt đất đã tác dụng vào bàn chân một lực ma sát nghỉ Fmsn hướng về phía trước (Hình 13.4). Lực này đóng vai trò lực phát động làm cho người đi được. Ví dụ : Một thùng gỗ có trọng lượng 240 N chuyển động thẳng đều trên sàn nhà nhờ một lực đẩy nằm ngang có độ lớn 53 N. Tìm hệ số ma sát trượt giữa thùng gỗ và sàn nhà. Thùng gỗ lúc đầu đứng yên. Nếu ta đẩy nó bằng một lực 53 N theo phương ngang thì nó có chuyển động không ? Giải: a) Do sàn nhà nằm ngang nên : N = p = 240 N. Vì thùng gỗ chuyển động thẳng đều : F . = p - 53 N 1 mst 1 Fmst 53 Hệ số ma sát trượt: pt = -fr - - 0,22. b) Không. Vì lực để làm cho thùng gỗ chuyển động từ đứng yên lớn hơn lực giữ cho thùng gỗ chuyển động thẳng đều. Lục ma sát truọt: Xuất hiện ờ mặt tiếp xúc cùa vật đang truọt trên một bề mặt; Có huóng nguọc vợi huóng của vận tốc ; Có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của áp lục; Hệ số ti lệ giũa độ lớn của lục ma sát truợt và độ lớn của áp lục gọi là hệ số ma sát truựt. Hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào vật liệu và tinh trạng cùa hai mặt tiếp xúc và đuọc dùng để tính lục ma sát truọt. Công thúc : Fmst = /ZtA/ Lục ma sát lăn : Xuất hiện ớ chỗ tiếp xúc của vật với bế mặt mà vật lăn trên đó để càn trở chuyển động lăn; Rất nhỏ so với lục ma sát truụt Lục ma sát nghi: Xuất hiện ở mặt tiếp xúc của vật với bê mặt để giữ cho vật đúng yên trên bề mặt đó khi vật bị một lục tác dụng song song với mặt tiếp xúc; Có độ lớn cục dại; lực ma sát nghi cục đại lớn hon lục ma sát truụt. CÂU HÓI VÀ BÀI TẬP 13] ESS Nêu những đặc điểm của lực ma sát trượt. Hệ số ma sát trượt là gì ? Nó phụ thuộc vào những yếu tố nào ? Viết công thức của lực ma sát trượt. Nêu những đặc điểm của lực ma sát nghỉ. Trong các cách viết công thức của lực ma sát trượt dưới đây, cách viết nào đúng'? A- Fmst = VịN ; B. Fmst = ptÃ/ ; c- Fmst = ; D- Fmst = VịN ■ Quyển, sách nằm yên trên mặt bàn nằm ngang có chịu lực ma sát nghỉ hay không ? Điểu gì xảy ra đối với hệ số ma sát giữa hai mặt tiếp xúc nếu lực ép hai mặt đó tăng lên ? A. Tăng lên ; B. Giảm đi; c. Không thay đổi; D. Không biết được. Một vận động viên môn hốc cây (môn khúc côn cầu) dùng gậy gạt quả bóng để truyền cho nó một tốc độ đầu 10 m/s. Hệ số ma sát trượt giữa quả bóng và mặt băng là 0,10. Lấy g = 9,8 m/s2. Hỏi quả bóng đi được một đoạn đường bằng bao nhiêu thì dừng lạl ? B. 45 m ; D. 57 m. A. 39 m; c. 51 m ; Một tủ lạnh có trọng lượng 890 N chuyển động thẳng đều trên sàn nhà. Hệ số ma sát trượt giữa tủ lạnh và sàn nhà là 0,51. Hỏi lực đẩy tủ lạnh theo phương ngang bằng bao nhiêu ? Với lực ờẩy tìm được có thể làm cho tủ lạnh chuyển động từ trạng thái nghỉ được không ? ỉ LÁI XE VÀ MA SÁT Người lái xe máy hình như coi việc làm xe chuyến bánh là một việc làm đon giản. Chí cần "bật khoá điện", "ấn nút khởi động cho động cơ hoạt động, vào số rồi tăng ga" là xong. Nhưng thứ hói họ có biết những lực nào liên quan đến việc làm xe chuyến bánh không ? Nguyên nhân làm cho xe chuyển động như sau : Khi động cơ hoạt động làm quay bánh xe phát động thì bánh xe này tác dụng vào mặt đường một lực hướng về phía sau. Mặt đường tác dụng vào bánh xe phát động một phán lực hưóng về phía trước làm bánh xe chuyển động. Nếu không có ma sát giữa lốp xe và mặt đường thì các bánh xe không thể tác dụng lực vào mặt đường và do đó xe khống chịu tác dụng của phán lựC; nên không chuyển động được. Như vậy việc gây ra gia tốc cho xe đòi hói phái có ma sát. Nước trên mặt đường làm giảm ma sát và do đó làm giảm khả năng của người lái xe kiểm soát tốc độ và hướng của xe. Vì thế khi gặp trời mưa, lái xe phải giám tốc độ của xe. Lực cán cúa không khí cũng là một dạng cúa lực ma sát. Khi xe máy chuyến động thì không khí sẽ sinh ra một lực cán trở chuyển động của xe. Lực cán này có hướng ngược với hướng chuyến động cúa xe và có độ lớn tỉ lệ với tốc độ : F ~ V. Nếu xe chạy nhanh thì lực cán cúa không khí sẽ lớn. Khi lực cán cúa không khí và lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường cân bạng với lực phát động thì xe sẽ chuyến động đều.