Hệ số ma sát trượt - Vật lý 10

Định nghĩa và tính chất:

- Lực ma sát trượt là lực ma sát xuất hiện khi vật này trượt trên bề mặt vật kia.

- Lực ma sát trượt luôn cùng phương và ngược chiều với vận tốc tương đối giữa hai vật.

- Lực ma sát trượt không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ của vật.

- Phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc.

Chú thích:

${\mu }_t$: là hệ số ma sát trượt.

$N$: là áp lực của vật lên mặt phẳng $\left(N\right)$.

$F_{msn}$: lực ma sát trượt $\left(N\right)$.

Lực ma sát trượt là lực xuất hiện khi vật này trượt trên bề mặt vật khác.

Tượng phật tại chùa Tràng An Bái Đính bị mòn do quá nhiều người mê tín sờ vào

Không chỉ sờ, nhiều còn ngồi mân mê xoa đầu rùa; hậu quả là đa phần đầu rùa bị mòn

- Độ giảm biên độ sau một dao động:  

$∆A=\frac{4F_C}{m{\omega }^2}=\frac{4F_C}{k}$

với $F_C$ là lực cản

Nếu F_C là lực ma sát thì $∆A=\frac{4{\mu }_{t}N}{k}$

Nếu vật chuyển động theo phương ngang: $∆A=4x_0=\frac{4{\mu }_{t}mg}{k}$

- Số dao động thực hiện được: :

$N\text{'}=\frac{A}{x_0}=\frac{kA}{4F_C}$

Nếu là lực ma sát : $N\text{'}=\frac{kA}{4{\mu }_{t}N}$

Thời gian đến lúc dừng: $t=N\text{'}T$ ,với T là chu kì dao động $\left(s\right)$

Chứng minh : 

$$\begin{gathered} W=W_{đ}+W_t+A_{F_{ms}} \\ \iff \frac{1}{2}m{v}^2=\frac{1}{2}k{A}^2-\frac{1}{2}k{x}^2-F_{ms}.S \\ \Rightarrow v=\sqrt{\frac{k\left(A^2-x^2\right)-2F_{ms}S}{m}} \end{gathered}$$

Với v: vận tốc của vật $\left(m/s\right)$

      $A:$Biên độ của dao động $\left(m\right)$

      x: Li độ của vật $\left(m\right)$

      $F_{ms}:$ Lực ma sát $\left(N\right)$

      $S:$ Quãng đường vật đã đi $\left(m\right)$

      m : Khối lượng của vật $\left(kg\right)$

Công thức

$v_{n0}=\omega \sqrt{{\left(A-\left(2n-1\right)x_0\right)}^2-{x^2}_0}$

Với $x_0=\frac{\mu mg}{k}$  độ giảm biên độ $\frac{1}{4}$ chu kì , n số lần qua VTCB

Vận tốc cực đại qua VTCB lần đầu:

$v_{max}=\omega \left(A-x_0\right)$

$$\begin{gathered} N=P \\ {F}_{ms}=\mu N \end{gathered}$$

TH1 Khi vật chuyển động trên mặt nghiêng :

$$\begin{gathered} N=P_y=P\cos \left(\alpha \right) \\ \Rightarrow A_{Fms}=-F_{ms}.s=-\mu .P.s.\cos \left(\alpha \right) \end{gathered}$$

TH2 Khi vật chịu lực F tác dụng và lệch góc $\beta$ hướng lên so với phương chuyển động

$N=P-F\sin \left(\beta \right)$

$\Rightarrow A_{Fms}=-\mu .\left(P-F\sin \left(\beta \right)\right).s$

TH3 Khi vật chịu lực F tác dụng và lệch góc $\beta$ hướng xuống so với phương chuyển động

$$\begin{gathered} N=P+F\sin \left(\beta \right) \\ \Rightarrow A_{Fms}=-\mu \left(P+F\sin \left(\beta \right)\right) \end{gathered}$$

Đối với bài toán vừa trên mặt nghiêng và lực lệch góc 

$N=P\cos \left(\alpha \right)\pm F\sin \left(\beta \right)$

$\Rightarrow A_{Fms}=-\mu N$

Xét vật chuyển động chịu các lực ${\overrightarrow{F}}_k,\overrightarrow{N},\overrightarrow{P},{\overrightarrow{F}}_{ms}$ chuyển động trên mặt phẳng nghiêng với $\alpha$ là góc của mặt phẳng nghiêng , $\beta$ là góc hợp bởi hướng của lực so với phương chuyển động.

Theo định luật II Newton : ${\overrightarrow{F}}_k+\overrightarrow{N}+\overrightarrow{P}+{\overrightarrow{F}}_{ms}=\overrightarrow{0}$

$s=vt$

Vật chuyển động đều nên công suất tức thời bằng công suất trung bình

$P_{F_K}=\frac{A_{F_k}}{t}=F_k.v\cos \left(\beta \right)$

TH1 Vật đi xuống mặt phẳng nghiêng :

Chiếu lên phương chuyển động :

$$\begin{gathered} F_k.\cos \left(\beta \right)=F_{ms}-P\sin \left(\alpha \right)\Rightarrow F_k=\frac{F_{ms}-P\sin \left(\alpha \right)}{\cos \left(\beta \right)} \\ \Rightarrow F_k=\frac{P\left(\mu \cos \left(\alpha \right)-\sin \left(\alpha \right)\right)}{\mu \sin \left(\beta \right)+\cos \left(\beta \right)} \end{gathered}$$

Chiếu lên phương Oy:$N=P\cos \left(\alpha \right)-F_k\sin \left(\beta \right)\Rightarrow F_{ms}=\mu N$

TH2 Vật đi lên mặt phẳng nghiêng

Chiếu lên phương chuyển động:

$$\begin{gathered} F_k\cos \left(\beta \right)=F_{ms}+P\sin \left(\alpha \right)\Rightarrow F_k=\frac{F_{ms}+P\sin \left(\alpha \right)}{\cos \left(\beta \right)} \\ \Rightarrow F_k=\frac{P\left(\mu \cos \left(\alpha \right)+\sin \left(\alpha \right)\right)}{\mu \sin \left(\beta \right)+\cos \left(\beta \right)} \end{gathered}$$

Chiếu lên phương Oy :$N=P\cos \left(\alpha \right)-F_k\sin \left(\beta \right)\Rightarrow F_{ms}=\mu N$

TH3 Vật đi trên mặt phẳng ngang 

$$\begin{gathered} \alpha =0\Rightarrow F_k=\frac{P-F_k\sin \left(\beta \right)}{\cos \left(\beta \right)}\Rightarrow F_k=\frac{P\mu }{\mu \sin \left(\beta \right)+\cos \left(\beta \right)} \\ {F}_{ms}=\mu \left(P-F_k\sin \left(\beta \right)\right) \end{gathered}$$

Khi lực $F_k$ có hướng lệch xuống ta thay $\sin \beta$bằng $-\sin \left(\beta \right)$

Xét vật chịu tác dụng bới các lực ${\overrightarrow{F}}_k,\overrightarrow{N},\overrightarrow{P},{\overrightarrow{F}}_{ms}$ với $\alpha$ là góc của mặt phẳng nghiêng , $\beta$ là góc hợp của lực với phương chuyển động.

Theo định luật II Newton : ${\overrightarrow{F}}_k+\overrightarrow{N}+\overrightarrow{P}+{\overrightarrow{F}}_{ms}=m\overrightarrow{a}$

$s=v_{0}t+\frac{1}{2}a{t}^2$

$P_k=\frac{A_{F_k}}{t}=\frac{F_k.s.\cos \left(\beta \right)}{t}$ (công suất trung bình)

$P_{tt}=F_k.v.\cos \left(\beta \right)$ (công suất tức thời)

TH1 Vật đi xuống mặt nghiêng :

Chiếu lên phương chuyển động : 

$$\begin{gathered} F_k.\cos \left(\beta \right)=ma+F_{ms}-P\sin \left(\alpha \right)\Rightarrow F_k=\frac{ma+F_{ms}-P\sin \left(\alpha \right)}{\cos \left(\beta \right)} \\ \Rightarrow F_k=\frac{m\left(a+g\left(\mu \cos \left(\alpha \right)-\sin \left(\alpha \right)\right)\right)}{\mu \sin \left(\beta \right)+\cos \left(\beta \right)} \end{gathered}$$

Chiếu lên phương Oy:$N=P\cos \left(\alpha \right)-F_k\sin \left(\beta \right)\Rightarrow F_{ms}=\mu N$

TH2 Vật đi lên mặt nghiêng :

Chiếu lên phương chuyển động:

$$\begin{gathered} F_k\cos \left(\beta \right)=ma+F_{ms}+P\sin \left(\alpha \right)\Rightarrow F_k=\frac{ma+F_{ms}+P\sin \left(\alpha \right)}{\cos \left(\beta \right)} \\ \Rightarrow F_k=\frac{m\left(a+g\left(\mu \cos \left(\alpha \right)+\sin \left(\alpha \right)\right)\right)}{\cos \left(\beta \right)+\mu \sin \left(\beta \right)} \end{gathered}$$

Chiếu lên phương Oy : $N=P\cos \left(\alpha \right)-F_k\sin \left(\beta \right)\Rightarrow F_{ms}=\mu N$

TH3 Vật đi theo phương ngang

$$\begin{gathered} \alpha =0\Rightarrow F_k=\frac{m\left(a+\mu g\right)}{\cos \left(\beta \right)+\mu \sin \left(\beta \right)} \\ {F}_{ms}=\mu \left(P-F\sin \left(\beta \right)\right) \end{gathered}$$

Khi lực F hướng xuống so với phương chuyển động một góc $\beta$ ta thay $\sin \left(\beta \right)$ bằng $-\sin \left(\beta \right)$