Một xe tải có khối lượng 2,5 tấn (2500kg) bắt đầu chuyển động nhanh dần đều. Sau khi đi được quãng đường 144m, vận tốc của xe đạt 12m/s. Hệ số ma sát giữa xe và mặt đường là µ = 0,04. Bài viết này sẽ tính toán công của các lực tác dụng lên xe tải trên quãng đường 144m đầu tiên. Lấy gia tốc trọng trường g = 10m/s².
Phân tích Lực và Gia Tốc
Để tính công, trước tiên cần xác định các lực tác dụng lên xe tải và gia tốc của xe.
- Trọng lực (P): P = mg = 2500kg * 10m/s² = 25000N
- Phản lực (N): Vì xe chuyển động trên mặt phẳng ngang nên N = P = 25000N
- Lực ma sát (Fms): Fms = µN = 0,04 * 25000N = 1000N
Để tìm gia tốc (a), sử dụng công thức v² – v₀² = 2as, với v₀ = 0 (vận tốc ban đầu), v = 12m/s (vận tốc sau quãng đường 144m), và s = 144m:
12² – 0² = 2 a 144 => a = 0.5 m/s²
- Lực kéo (Fk): Theo định luật II Newton: Fk – Fms = ma => Fk = ma + Fms = 2500kg * 0.5m/s² + 1000N = 2250N.
Tính Công Của Các Lực
Công của một lực được tính bằng công thức A = F s cosα, với α là góc giữa hướng của lực và hướng chuyển động.
- Công của lực kéo (Ak): Ak = Fk s cos(0°) = 2250N 144m 1 = 324000J (α = 0° vì lực kéo cùng chiều chuyển động).
- Công của lực ma sát (Ams): Ams = Fms s cos(180°) = 1000N 144m (-1) = -144000J (α = 180° vì lực ma sát ngược chiều chuyển động).
- Công của trọng lực (Ap): Ap = P s cos(90°) = 25000N 144m 0 = 0J (α = 90° vì trọng lực vuông góc với hướng chuyển động).
- Công của phản lực (An): An = N s cos(90°) = 25000N 144m 0 = 0J (α = 90° vì phản lực vuông góc với hướng chuyển động).
Tổng Công Của Các Lực
Tổng công của các lực tác dụng lên xe tải là tổng công của từng lực:
A = Ak + Ams + Ap + An = 324000J – 144000J + 0J + 0J = 180000J.
Kết Luận
Tổng công của các lực tác dụng lên một xe tải có khối lượng 2,5t sau khi đi được quãng đường 144m là 180000J. Công này thể hiện năng lượng được truyền cho xe để tăng tốc từ trạng thái đứng yên đến vận tốc 12m/s.
