Vật khối lượng 2 kg đang đứng yên chịu lực F: cách giải

Trả lời nhanh

Vật m = 2 kg đứng yên, chịu lực F không đổi sẽ chuyển động thẳng nhanh dần đều không vận tốc đầu. Giải theo hai bước: dùng s = ½at² hoặc v = at để tìm gia tốc a, rồi dùng F = m·a (nếu có ma sát thì F − F_ms = m·a). Đề thường hỏi F, a, v hoặc s; số liệu cụ thể bên dưới là ví dụ tự đặt.

Đề bài này có nhiều phiên bản: mỗi nơi cho một số liệu khác nhau (thời gian, quãng đường hay vận tốc đạt được). Vì vậy thầy cô trình bày phương pháp chung, sau đó giải ba ví dụ tự đặt để bạn thay số vào đề của mình.

Hiểu đúng hiện tượng

“Đang đứng yên” nghĩa là vận tốc ban đầu v₀ = 0.
Lực F tác dụng làm vật có gia tốc. Nếu F không đổi thì a không đổi, vật chuyển động thẳng nhanh dần đều.
Khối lượng m = 2 kg là số đo mức quán tính: cùng một lực, vật nặng hơn thì gia tốc nhỏ hơn.

Công thức cần dùng

Đại lượng	Công thức (v₀ = 0)
Định luật II Newton	F_hl = m·a
Vận tốc sau thời gian t	v = a·t
Quãng đường sau thời gian t	s = ½·a·t²
Liên hệ v, a, s	v² = 2·a·s
Lực ma sát trượt	F_ms = μ·N = μ·m·g (mặt ngang)

Các bước giải

Đổi đơn vị về hệ SI: cm → m, phút → s, km/h → m/s.
Từ dữ kiện chuyển động (s, t hoặc v, t) tìm gia tốc a.
Xác định hợp lực. Không ma sát: F_hl = F. Có ma sát: F_hl = F − F_ms.
Áp dụng F_hl = m·a để tìm đại lượng cần hỏi.

Ví dụ 1: biết quãng đường và thời gian (bỏ qua ma sát)

Đề tự đặt: Vật m = 2 kg đứng yên, chịu lực F nằm ngang và đi được 80 cm trong 0,5 s. Tìm F.

Đổi s = 0,8 m.
Từ s = ½at² suy ra a = 2s/t² = 2·0,8/0,25 = 6,4 m/s².
F = m·a = 2·6,4 = 12,8 N.

Ví dụ 2: biết vận tốc đạt được

Đề tự đặt: Vật m = 2 kg đứng yên, chịu lực F và sau 4 s đạt vận tốc 8 m/s. Tìm F và quãng đường đi được.

a = v/t = 8/4 = 2 m/s².
F = m·a = 2·2 = 4 N.
s = ½at² = ½·2·4² = 16 m (kiểm tra: v²/(2a) = 64/4 = 16 m).

Ví dụ 3: có ma sát

Đề tự đặt: Vật m = 2 kg đứng yên trên mặt ngang, hệ số ma sát trượt μ = 0,1, lấy g = 10 m/s². Vật đi được 9 m trong 3 s. Tìm F.

a = 2s/t² = 2·9/9 = 2 m/s².
F_ms = μmg = 0,1·2·10 = 2 N.
F − F_ms = ma nên F = ma + F_ms = 4 + 2 = 6 N.

Lỗi sai thường gặp

Quên đổi đơn vị: để s = 80 cm vào công thức sẽ ra F lớn gấp 100 lần.
Bỏ qua ma sát khi đề có nhắc: khi có ma sát, F lớn hơn m·a.
Nhầm “đang đứng yên” với “cân bằng”: vật đứng yên lúc đầu, nhưng sau khi có F thì lực không còn cân bằng.
Dùng s = vt: chuyển động nhanh dần đều thì phải dùng s = ½at², hoặc s = v̄·t với v̄ = v/2.

Mẹo nhớ: bắt đầu từ trạng thái nghỉ thì “a tìm từ chuyển động, F tìm từ a”. Hai công thức a = v/t và a = 2s/t² là cặp bạn cần thuộc nhất.

Bài luyện tập

Vật m = 2 kg đứng yên, chịu lực F = 10 N (bỏ qua ma sát). Tìm vận tốc và quãng đường sau 3 s.
Vật m = 2 kg đứng yên, sau 3 s đạt 6 m/s. Tìm lực F.
Vật m = 2 kg đứng yên, F = 6 N, lực ma sát 2 N. Tìm quãng đường sau 4 s.

Đáp án:

a = 10/2 = 5 m/s²; v = 5·3 = 15 m/s; s = ½·5·9 = 22,5 m.
a = 6/3 = 2 m/s²; F = 2·2 = 4 N.
a = (6 − 2)/2 = 2 m/s²; s = ½·2·16 = 16 m.

Nếu đề của bạn có số liệu khác, chỉ cần thay vào đúng các bước trên. Gia tốc luôn là chiếc cầu nối giữa phần động học và phần lực.

Câu hỏi thường gặp

Vật đang đứng yên chịu lực F thì chuyển động thế nào?

Nếu F không đổi và là hợp lực duy nhất theo phương chuyển động, vật chuyển động thẳng nhanh dần đều với vận tốc đầu bằng 0 và gia tốc a = F/m.

Với m = 2 kg, lực F = 8 N thì gia tốc bằng bao nhiêu?

Khi bỏ qua ma sát, a = F/m = 8/2 = 4 m/s².

Khi có ma sát thì tính lực F thế nào?

Tìm a từ dữ kiện chuyển động, rồi dùng F − F_ms = m·a, suy ra F = m·a + F_ms, với F_ms = μ·m·g trên mặt ngang.

Khi nào dùng công thức s = ½at²?

Dùng khi vật chuyển động thẳng nhanh dần đều xuất phát từ trạng thái nghỉ (v₀ = 0) và đề cho thời gian chuyển động.