Ô tô khối lượng 1 tấn hoạt động với công suất 5 kW chuyển động thẳng đều: cách giải
Lớp 10Vật lí

Ô tô khối lượng 1 tấn hoạt động với công suất 5 kW chuyển động thẳng đều: cách giải

Trả lời nhanh

Với ô tô chuyển động thẳng đều, lực kéo của động cơ cân bằng với lực cản nên F = Fc = P/v. Đổi P = 5 kW = 5000 W. Ví dụ với v = 36 km/h = 10 m/s thì F = 5000/10 = 500 N, và lực cản cũng bằng 500 N. Khối lượng 1 tấn chỉ cần khi tính hệ số cản.

Đề bài và lưu ý về số liệu

Đề thường có dạng: “Một ô tô khối lượng 1 tấn đang hoạt động với công suất 5 kW và chuyển động thẳng đều với vận tốc v. Tính lực kéo của động cơ, lực cản, công của động cơ trong thời gian t…”. Vì mỗi đề cho vận tốc khác nhau nên bài viết này giải theo phương pháp tổng quát, rồi áp dụng vào ví dụ tự đặt v = 36 km/h. Em chỉ cần thay số của đề mình vào là xong.

Kiến thức cần nhớ

  • Công suất: P = A/t (đơn vị W; 1 kW = 1000 W).
  • Khi lực F cùng hướng chuyển động với vận tốc không đổi v: P = F·v.
  • Chuyển động thẳng đều thì hợp lực bằng 0, nên lực kéo F = lực cản Fc.
  • Đổi đơn vị: 1 km/h = 1/3,6 m/s; 1 tấn = 1000 kg.
  • Lực cản thường cho dưới dạng Fc = k·m·g (k là hệ số cản).

Cách giải từng bước

  1. Đổi đơn vị về SI: P = 5 kW = 5000 W; m = 1000 kg; v (km/h) chia 3,6 ra m/s.
  2. Tính lực kéo: F = P/v.
  3. Suy ra lực cản: vì chuyển động đều nên Fc = F.
  4. Tính công (nếu đề hỏi): A = P·t, hoặc A = F·s với s = v·t.
  5. Tính hệ số cản (nếu đề hỏi): k = Fc/(m·g), lấy g = 10 m/s2.

Ví dụ minh hoạ (số liệu tự đặt: v = 36 km/h)

Đổi: v = 36/3,6 = 10 m/s.

  • Lực kéo: F = P/v = 5000/10 = 500 N.
  • Lực cản: Fc = F = 500 N.
  • Công của động cơ trong 1 phút (60 s): A = P·t = 5000·60 = 300 000 J = 300 kJ.
  • Kiểm tra bằng cách khác: quãng đường s = 10·60 = 600 m, A = F·s = 500·600 = 300 000 J. Hai cách khớp nhau.
  • Hệ số cản: k = 500/(1000·10) = 0,05.

Bảng tham khảo: P = 5 kW, thay đổi vận tốc

v (km/h) v (m/s) F = Fc (N)
18 5 1000
36 10 500
54 15 ≈ 333
72 20 250

Với cùng công suất, vận tốc càng lớn thì lực kéo càng nhỏ. Đây cũng là lý do xe leo dốc cần về số thấp: giảm v để có lực kéo lớn.

Lỗi sai thường gặp

  • Quên đổi kW sang W, kết quả sai 1000 lần.
  • Quên đổi km/h sang m/s rồi thay thẳng vào P = F·v.
  • Dùng khối lượng 1 tấn = 1 kg hoặc nhân trọng lực vào lực kéo. Với đường nằm ngang và chuyển động đều, khối lượng không xuất hiện trong F = P/v.
  • Nhầm “công suất” với “công”: công có đơn vị J, công suất có đơn vị W.
  • Áp dụng F = Fc khi xe đang tăng tốc. Chỉ đúng khi chuyển động thẳng đều.

Mẹo nhớ: “Thẳng đều thì kéo bằng cản; công suất bằng lực nhân vận tốc.”

Bài luyện tập

  1. Ô tô 1 tấn, công suất 5 kW, chạy đều với v = 18 km/h. Tính lực kéo của động cơ.
    Đáp án: v = 5 m/s, F = 5000/5 = 1000 N.
  2. Cũng ô tô trên, lực cản không đổi 250 N, chạy đều với công suất 5 kW. Tính vận tốc theo km/h.
    Đáp án: v = P/F = 5000/250 = 20 m/s = 72 km/h.
  3. Ô tô chạy đều với v = 10 m/s, công suất 5 kW trong 2 phút. Tính công và quãng đường đi được.
    Đáp án: A = 5000·120 = 600 000 J = 600 kJ; s = 10·120 = 1200 m.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao khối lượng 1 tấn không dùng trong công thức P = F.v?

Khi xe chạy thẳng đều trên đường ngang, F = P/v chỉ phụ thuộc công suất và vận tốc. Khối lượng chỉ cần khi đề cho lực cản theo trọng lượng (F_c = k.m.g) hoặc khi xe tăng tốc, lên dốc.

Công suất 5 kW bằng bao nhiêu oát?

5 kW = 5 × 1000 = 5000 W. Luôn đổi sang oát trước khi thay vào công thức.

Khi ô tô chuyển động thẳng đều thì lực kéo và lực cản liên hệ thế nào?

Hợp lực bằng 0 nên lực kéo của động cơ có độ lớn bằng lực cản, hai lực ngược chiều nhau.

Có thể tính công của động cơ bằng cách nào?

Dùng A = P.t, hoặc A = F.s với s = v.t. Hai cách cho cùng kết quả khi chuyển động đều.

Bài học liên quan