Trả lời nhanh
Lực làm người chuyển động về phía trước là lực mà mặt sàn tác dụng lên người (ở chỗ chân tiếp xúc sàn), chính là lực ma sát nghỉ hướng về phía trước. Lực người kéo xe chỉ tác dụng lên xe, còn lực người đẩy sàn tác dụng lên sàn, nên hai lực đó không làm người tiến lên.
Phân tích đề bài
Đề hỏi về lực tác dụng lên người và làm người chuyển động. Chìa khoá là xác định đúng vật chịu lực. Ta chỉ xét những lực có điểm đặt trên người, rồi tìm lực nằm ngang hướng về phía trước.
Theo phương ngang, người chịu hai lực:
- Lực kéo của xe (qua dây) tác dụng lên người: hướng về phía sau, cản người tiến lên. Đây là phản lực của lực người kéo xe.
- Lực ma sát nghỉ của mặt sàn tác dụng lên chân người: hướng về phía trước. Đây là lực duy nhất có thể đẩy người đi tới.
Theo phương thẳng đứng, trọng lực và phản lực vuông góc của sàn cân bằng nhau nên không ảnh hưởng đến chuyển động ngang.
Vì sao là lực của mặt sàn?
Khi bước đi, chân người đẩy mặt sàn về phía sau (lực tác dụng lên sàn). Theo định luật III Newton, sàn đẩy lại chân người một lực cùng độ lớn, ngược hướng, tức là về phía trước. Lực này là ma sát nghỉ vì bàn chân không trượt trên sàn.
Nếu sàn quá trơn (như mặt băng), ma sát nghỉ cực đại rất nhỏ nên chân đẩy mà người không tiến được, chỉ trượt tại chỗ. Điều này cho thấy lực làm người tiến lên đến từ sàn chứ không phải do người tự tạo ra.
Loại trừ các phương án dễ nhầm
| Lực | Tác dụng lên vật nào? | Có làm người tiến lên không? |
|---|---|---|
| Lực người kéo xe | Xe | Không, vì không đặt lên người |
| Lực xe (dây) kéo người | Người | Không, hướng về phía sau, cản chuyển động |
| Lực chân người đẩy sàn | Sàn | Không, vì không đặt lên người |
| Lực sàn tác dụng lên chân người | Người | Có, hướng về phía trước |
Mẹo nhớ: hỏi “lực làm vật X chuyển động” thì chỉ chọn lực mà vật khác tác dụng lên X. Lực do X tác dụng ra ngoài không bao giờ làm X chuyển động.
Điều kiện để cả người và xe cùng tiến
- Xe chuyển động khi lực kéo T lớn hơn lực cản (ma sát lăn, ma sát trục) tác dụng lên xe.
- Người không bị trượt khi lực ma sát nghỉ cần thiết không vượt quá giá trị cực đại: Fmsn ≤ μnN.
- Khi người và xe chuyển động đều, Fmsn (lên người) = T, đúng bằng lực cản tác dụng lên xe.
Ví dụ minh hoạ (số liệu tự đặt)
Một người nặng 60 kg kéo xe bằng dây nằm ngang, xe chuyển động đều cần lực kéo 80 N. Hệ số ma sát nghỉ giữa giày và sàn là 0,5; lấy g = 10 m/s2.
- Người đi đều nên lực sàn đẩy người về phía trước bằng lực kéo của dây: Fmsn = 80 N.
- Phản lực N = P = 60 × 10 = 600 N, nên ma sát nghỉ cực đại là 0,5 × 600 = 300 N.
- Vì 80 N < 300 N, chân không bị trượt, người đi được bình thường.
Lỗi sai thường gặp
- Chọn “lực người kéo xe” vì thấy nó cùng hướng chuyển động. Lực này đặt lên xe, không phải lên người.
- Cho rằng lực ma sát luôn cản chuyển động. Ma sát nghỉ ở chân người lại là lực phát động.
- Nghĩ rằng lực và phản lực triệt tiêu nhau. Chúng đặt vào hai vật khác nhau nên không cân bằng.
Bài luyện tập
Câu 1. Vì sao đi trên sàn đá hoa mới lau còn ướt dễ ngã hơn khi kéo xe?
Đáp án: Sàn ướt làm hệ số ma sát nghỉ giảm, ma sát nghỉ cực đại nhỏ hơn lực cần thiết nên chân bị trượt.
Câu 2. Với dữ kiện ở ví dụ, nếu lực kéo cần thiết tăng lên 350 N thì người có kéo được không?
Đáp án: Không. Ma sát nghỉ cực đại chỉ là 300 N < 350 N nên chân người bị trượt.
Câu 3. Lực tác dụng lên chiếc xe làm xe tiến lên là lực nào?
Đáp án: Lực kéo của người (qua dây) tác dụng lên xe.
Câu hỏi thường gặp
Lực làm người chuyển động về phía trước khi kéo xe là lực nào?
Là lực mặt sàn tác dụng lên chân người, cụ thể là lực ma sát nghỉ hướng về phía trước. Đây là phản lực của lực chân người đẩy sàn về phía sau.
Vì sao lực người kéo xe không làm người chuyển động?
Lực này đặt lên xe chứ không đặt lên người. Phản lực của nó (xe kéo người) còn hướng về phía sau nên cản người tiến lên.
Lực ma sát nghỉ ở chân người có phải lực cản không?
Không. Trường hợp này ma sát nghỉ là lực phát động, hướng cùng chiều chuyển động của người. Nó chỉ xuất hiện khi chân không trượt trên sàn.
Khi nào người kéo xe bị trượt chân?
Khi lực ma sát nghỉ cần thiết vượt giá trị cực đại μN, ví dụ sàn quá trơn hoặc xe quá nặng nên cần lực kéo lớn.