Một vật khối lượng 2kg đang chuyển động 18km/h: cách giải

Trả lời nhanh

Đề bài thường bị cắt ở đoạn “bắt đầu chịu tác dụng của…” nên cần xem lực là bao nhiêu. Cách giải chung: đổi 18 km/h = 5 m/s, tính gia tốc a = F/m (lấy dấu theo chiều chuyển động), rồi dùng v = v₀ + at và s = v₀t + at²/2. Ví dụ với lực cùng chiều 4 N: a = 2 m/s², sau 5 s vật đi được 50 m.

Đề bài này hỏi gì?

Câu hỏi có dạng: “Một vật khối lượng 2 kg đang chuyển động với vận tốc 18 km/h thì bắt đầu chịu tác dụng của một lực F không đổi…”. Phần sau thường yêu cầu tính gia tốc, vận tốc sau một khoảng thời gian, quãng đường đi được, hoặc thời gian đến khi vật dừng.

Vì phần cuối đề không còn đầy đủ, dưới đây là phương pháp giải cho mọi trường hợp. Số liệu lực và thời gian trong các ví dụ là số tự đặt để minh hoạ, bạn thay bằng số trong đề của mình.

Các bước giải

Đổi đơn vị: v₀ = 18 km/h = 18 : 3,6 = 5 m/s.
Chọn chiều dương cùng chiều chuyển động ban đầu.
Tính gia tốc theo định luật II Newton: a = F/m. Lực cùng chiều chuyển động thì a > 0 (nhanh dần). Lực ngược chiều (lực hãm) thì a < 0 (chậm dần).
Áp dụng công thức chuyển động thẳng biến đổi đều:
- v = v₀ + at
- s = v₀t + ½at²
- v² − v₀² = 2as
Kiểm tra kết quả: vận tốc có hợp lý không, vật có dừng trước thời điểm đề hỏi không.

Ví dụ 1: lực cùng chiều chuyển động

Giả sử lực kéo F = 4 N cùng chiều chuyển động. Tính gia tốc, vận tốc và quãng đường sau 5 s.

a = F/m = 4/2 = 2 m/s².
v = 5 + 2·5 = 15 m/s (tức 54 km/h).
s = 5·5 + ½·2·5² = 25 + 25 = 50 m.

Kiểm tra bằng công thức không có thời gian: v² − v₀² = 225 − 25 = 200 = 2·2·50. Kết quả khớp.

Ví dụ 2: lực hãm ngược chiều chuyển động

Giả sử lực hãm có độ lớn 4 N. Hỏi vật dừng sau bao lâu và đi thêm bao xa?

a = −F/m = −4/2 = −2 m/s².
Thời gian dừng: v = 0 nên t = (0 − 5)/(−2) = 2,5 s.
Quãng đường: s = (0 − 5²)/(2·(−2)) = 25/4 = 6,25 m.

Cách khác dùng động năng: công của lực hãm bằng độ biến thiên động năng. −F·s = 0 − ½mv₀² = −½·2·25 = −25 J. Suy ra s = 25/4 = 6,25 m, cho cùng kết quả.

Lỗi sai thường gặp

Quên đổi đơn vị: dùng thẳng 18 thay cho 5 m/s sẽ sai hoàn toàn kết quả.
Sai dấu gia tốc: lực hãm phải cho a âm khi chọn chiều dương theo chiều chuyển động.
Tính quá thời điểm dừng: với lực hãm 4 N mà hỏi “sau 5 s”, nếu thay thẳng vào công thức sẽ được s = 25 − 25 = 0 m, vô lý. Vật đã dừng từ 2,5 s và đứng yên, nên quãng đường vẫn là 6,25 m.
Nhầm lực với hợp lực: nếu có thêm lực ma sát, phải dùng hợp lực F_hl = F − F_ms để tính a.

Mẹo nhớ

Với m = 2 kg, gia tốc bằng đúng một nửa độ lớn lực: lực 4 N cho a = 2 m/s², lực 6 N cho a = 3 m/s². Còn 18 km/h là một “mốc đẹp” vì chia 3,6 được đúng 5 m/s. Quy ra: muốn đổi km/h sang m/s thì chia 3,6.

Bài luyện tập (số liệu tự đặt)

Vật 2 kg đang chuyển động 18 km/h chịu lực kéo cùng chiều 1 N trong 10 s. Tính vận tốc và quãng đường.
Đáp án: a = 0,5 m/s²; v = 5 + 0,5·10 = 10 m/s; s = 5·10 + ½·0,5·100 = 75 m.
Vật 2 kg đang chuyển động 18 km/h chịu lực hãm 6 N. Tính thời gian và quãng đường đến lúc dừng.
Đáp án: a = −3 m/s²; t = 5/3 ≈ 1,67 s; s = 25/6 ≈ 4,17 m.
Cần lực hãm không đổi bao nhiêu để vật 2 kg đang đi 18 km/h dừng lại sau đúng 10 m?
Đáp án: F·s = ½mv₀² nên F = 25/10 = 2,5 N. Kiểm tra: a = 1,25 m/s², v₀² = 2·1,25·10 = 25 ✓.

Câu hỏi thường gặp

18 km/h bằng bao nhiêu m/s?

18 km/h = 18 : 3,6 = 5 m/s. Muốn đổi từ km/h sang m/s thì chia cho 3,6, ngược lại nhân với 3,6.

Vật 2 kg chịu lực 4 N thì gia tốc bao nhiêu?

Theo định luật II Newton, a = F/m = 4/2 = 2 m/s². Gia tốc cùng hướng với lực tác dụng.

Khi có lực hãm thì tính quãng đường đến lúc dừng thế nào?

Dùng v² − v0² = 2as với v = 0 và a âm, hoặc dùng định lý động năng: F·s = ½mv0². Cả hai cách cho cùng kết quả.

Nếu đề hỏi sau thời gian dài hơn thời gian dừng thì làm sao?

Vật đã dừng và đứng yên, nên quãng đường chỉ tính đến lúc dừng. Hãy tính thời gian dừng trước rồi so sánh với thời gian đề cho.