Lương Thủy Tiên
Giới thiệu về bản thân
Xác định công toàn phần
Công toàn phần là công do lực kéo thực hiện trên mặt phẳng nghiêng, được tính bằng công thức Atp=F⋅l𝐴𝑡𝑝=𝐹⋅𝑙. Trong đó, lực kéo F=1200N𝐹=1200Nvà chiều dài mặt phẳng nghiêng l=5m𝑙=5m. Atp=1200⋅5=6000J𝐴𝑡𝑝=1200⋅5=6000JTính chiều cao của mặt phẳng nghiêng
Hiệu suất của mặt phẳng nghiêng được tính bằng công thức H=AciAtp𝐻=𝐴𝑐𝑖𝐴𝑡𝑝. Theo đề bài, hiệu suất H=80%=0.8𝐻=80%=0.8. 3000h6000=0.83000ℎ6000=0.8 h2=0.8ℎ2=0.8 h=0.8⋅2ℎ=0.8⋅2 h=1.6mℎ=1.6mTính vận tốc khi chạm đất
Áp dụng công thức tính vận tốc của vật rơi tự do khi chạm đất v=2gh𝑣=2𝑔ℎ√: v=2⋅10⋅45𝑣=2⋅10⋅45√ v=900𝑣=900√ v=30m/s𝑣=𝟑𝟎𝐦/𝐬 Answer: Vận tốc của vật khi chạm đất là 30m/s𝟑𝟎𝐦/𝐬. b. Tính độ cao của vật tại vị trí có động năng bằng 2 lần thế năngThiết lập phương trình bảo toàn cơ năng
Cơ năng tại vị trí ban đầu (độ cao hℎ) bằng cơ năng tại vị trí cần tìm (độ cao h′ℎ′), với động năng Wđ=2Wt𝑊đ=2𝑊𝑡: W=Wđ+Wt𝑊=𝑊đ+𝑊𝑡 mgh=2Wt+Wt𝑚𝑔ℎ=2𝑊𝑡+𝑊𝑡 mgh=3Wt𝑚𝑔ℎ=3𝑊𝑡Tính độ cao h′ℎ′
Thay thế Wt=mgh′𝑊𝑡=𝑚𝑔ℎ′vào phương trình trên: mgh=3mgh′𝑚𝑔ℎ=3𝑚𝑔ℎ′ h′=h3ℎ′=ℎ3 h′=453ℎ′=453 h′=15mℎ′=𝟏𝟓𝐦Xác định các đại lượng
Lực kéo F=100N𝐅=𝟏𝟎𝟎𝐍.Quãng đường dịch chuyển s=15m𝐬=𝟏𝟓𝐦.
Thời gian dịch chuyển t=15s𝐭=𝟏𝟓𝐬.
Góc giữa lực kéo và phương dịch chuyển α=0∘𝛂=𝟎∘(vì kéo theo phương ngang). Tính công của lực kéo Công thức tính công của lực không đổi là A=F⋅s⋅cos(α)𝐴=𝐹⋅𝑠⋅cos(𝛼). Aa=100N⋅15m⋅cos(0∘)=1500J𝐴𝑎=100𝐍⋅15𝐦⋅cos(0∘)=1500𝐉 Step 3: Tính công suất của lực kéo Công thức tính công suất là P=At𝑃=𝐴𝑡. Pa=1500J15s=100W𝑃𝑎=1500𝐉15𝐬=100𝐖 b. Tính công và công suất khi kéo dây hợp với phương ngang một góc 45°
Xác định các đại lượng
Lực kéo F=100N𝐅=𝟏𝟎𝟎𝐍.Quãng đường dịch chuyển s=10m𝐬=𝟏𝟎𝐦.
Thời gian dịch chuyển t=10s𝐭=𝟏𝟎𝐬.
Góc giữa lực kéo và phương dịch chuyển α=45∘𝛂=𝟒𝟓∘. Tính công của lực kéo Công thức tính công của lực không đổi là A=F⋅s⋅cos(α)𝐴=𝐹⋅𝑠⋅cos(𝛼). Ab=100N⋅10m⋅cos(45∘)≈707.1J𝐴𝑏=100𝐍⋅10𝐦⋅cos(45∘)≈707.1𝐉
Tính công suất của lực kéo
Công thức tính công suất là P=At𝑃=𝐴𝑡. Pb=707.1J10s≈70.71wTại độ cao h=3mℎ=3𝐦, thế năng của vật là Wt=mgh𝑊𝑡=𝑚𝑔ℎ.
Ta có mối quan hệ giữa động năng và thế năng tại độ cao này là Wd=1.5Wt𝑊𝑑=1.5𝑊𝑡. Cơ năng tại độ cao hℎđược xác định bởi công thức: W=Wd+Wt=1.5Wt+Wt=2.5Wt𝑊=𝑊𝑑+𝑊𝑡=1.5𝑊𝑡+𝑊𝑡=2.5𝑊𝑡 Thay công thức tính thế năng vào: W=2.5×mgh𝑊=2.5×𝑚𝑔ℎ Từ đó, khối lượng m𝑚là: m=W2.5×gh𝑚=𝑊2.5×𝑔ℎ Thay số: W=37.5J𝑊=37.5𝐉, g=10m/s2𝑔=10𝐦/𝐬𝟐, h=3mℎ=3𝐦: m=37.52.5×10×3=37.575=0.5kg𝑚=37.52.5×10×3=37.575=𝟎.𝟓𝐤𝐠
Tính vận tốc của vật tại độ cao 3m
Động năng tại độ cao hℎlà Wd=1.5Wt𝑊𝑑=1.5𝑊𝑡. Wd=1.5×mgh𝑊𝑑=1.5×𝑚𝑔ℎ Mặt khác, động năng còn được tính bằng công thức Wd=12mv2𝑊𝑑=12𝑚𝑣2.Ta có phương trình: 12mv2=1.5×mgh12𝑚𝑣2=1.5×𝑚𝑔ℎ Rút gọn m𝑚ở cả hai vế (với m≠0𝑚≠0), ta được: 12v2=1.5×gh12𝑣2=1.5×𝑔ℎ v2=3gh𝑣2=3𝑔ℎ Vận tốc v𝑣là: v=3gh𝑣=3𝑔ℎ√ Thay số: g=10m/s2𝑔=10𝐦/𝐬𝟐, h=3mℎ=3𝐦: v=3×10×3=90m/s𝑣=3×10×3√=90√𝐦/𝐬 Giá trị xấp xỉ của v𝑣là 9.49m/s𝟗.𝟒𝟗𝐦/𝐬.
Khối lượng xe: m=2tn=2000kg𝑚=2tn=2000kg.
Vận tốc ban đầu: v0=0𝑣0=0(xe khởi hành).
Vận tốc sau t=15s𝑡=15s: v=21,6km/h=21,63,6m/s=6m/s𝑣=21,6km/h=21,63,6m/s=6m/s.
Gia tốc trọng trường: g=10m/s2𝑔=10m/s2.
Hệ số ma sát: k=0𝑘=0(không đáng kể). Tính gia tốc của xe Gia tốc của xe được tính bằng công thức: a=v−v0t𝑎=𝑣−𝑣0𝑡 a=6−015=0,4m/s2𝑎=6−015=0,4m/s2 Tính lực kéo của động cơ xe Theo định luật II Newton, vì ma sát không đáng kể nên lực kéo là lực tổng hợp: Fk=m⋅a𝐹𝑘=𝑚⋅𝑎 Fk=2000⋅0,4=800N𝐹𝑘=2000⋅0,4=800N Tính quãng đường xe đi được Quãng đường xe đi được trong 15s là: s=v0t+12at2=0⋅15+12⋅0,4⋅152𝑠=𝑣0𝑡+12𝑎𝑡2=0⋅15+12⋅0,4⋅152 s=0,2⋅225=45m𝑠=0,2⋅225=45m Step 5: Tính công của động cơ Công của lực kéo là: A=Fk⋅s𝐴=𝐹𝑘⋅𝑠 A=800⋅45=36000J=36kJ𝐴=800⋅45=36000J=36kJ Step 6: Tính công suất của động cơ Công suất trung bình của động cơ là: P=At𝒫=𝐴𝑡 P=3600015=2400W=2,4kW𝒫=3600015=2400W=2,4kW
Chiếu phương trình vector lên trục thẳng đứng, ta có: 2Tcos(α)=P2𝑇cos(𝛼)=𝑃 Thay các giá trị đã biết vào phương trình: 2Tcos(30∘)=11,76N2𝑇cos(30∘)=11,76𝐍 2T×32=11,76N2𝑇×3√2=11,76𝐍 T3=11,76N𝑇3√=11,76𝐍 Bước 3: Tính giá trị của T T=11,763N𝑇=11,763√𝐍 T≈6,7896N𝑇≈6,7896𝐍
- Tại thời điểm ban đầu ( t1=0s𝑡1=𝟎𝐬), độ dịch chuyển là d1=0cm𝑑1=𝟎𝐜𝐦.
- Tại thời điểm cuối ( t2=3s𝑡2=𝟑𝐬), độ dịch chuyển là d2=60cm𝑑2=𝟔𝟎𝐜𝐦.
Thay số liệu vào công thức: v̄=60cm−0cm3s−0s=60cm3s𝑣̄=60𝑐𝑚−0𝑐𝑚3𝑠−0𝑠=60𝑐𝑚3𝑠 Answer: Độ lớn vận tốc trung bình của vật trong 3 giây đầu là v̄=20cm/s𝑣̄=𝟐𝟎cm/s.
- Trọng lực P𝐏đặt tại trung điểm G của thanh (vì thanh đồng chất), hướng thẳng đứng xuống dưới.
- Lực căng T𝐓của dây AB đặt tại A, hướng dọc theo dây.
- Phản lực R𝐑của bản lề tại O.
Trọng lực của thanh là: P=m⋅g=1,4⋅10=14N𝑃=𝑚⋅𝑔=1,4⋅10=14N Step 3: Tính mômen lực Chọn trục quay tại O.
- Cánh tay đòn của trọng lực P𝐏là khoảng cách từ O đến giá của P𝐏, là OG=L2𝑂𝐺=𝐿2(với L là chiều dài thanh AO).
- Cánh tay đòn của lực căng T𝐓là khoảng cách từ O đến giá của T𝐓, là h=OA⋅sin(α)=L⋅sin(30∘)ℎ=𝑂𝐴⋅sin(𝛼)=𝐿⋅sin(30∘).
Khi vật cân bằng, tổng hợp lực bằng 0: P+TAB+TAC=0𝐏+𝐓𝐴𝐵+𝐓𝐴𝐶=𝟎 Điều này tương đương với P=−(TAB+TAC)𝐏=−(𝐓𝐴𝐵+𝐓𝐴𝐶), nghĩa là hợp lực của hai lực căng dây cân bằng với trọng lực và có độ lớn bằng P𝑃. Step 2: Phân tích lực theo hệ trục tọa độ Chọn hệ trục tọa độ Oxy với gốc tại A, trục Ox nằm ngang theo phương AC, trục Oy thẳng đứng hướng lên.
Các lực được biểu diễn như sau:
- P𝐏: phương Oy, chiều âm, độ lớn P=78,4N𝑃=78,4𝑁.
- TAC𝐓𝐴𝐶: phương Ox, chiều dương, độ lớn TAC𝑇𝐴𝐶.
- TAB𝐓𝐴𝐵: hợp với phương ngang (Ox) một góc α=180∘−120∘=60∘𝛼=180∘−120∘=60∘.
Theo trục Ox: ∑Fx=0⟹TAC−TAB⋅cos(α)=0⟹TAC=TAB⋅cos(60∘)𝐹𝑥=0⟹𝑇𝐴𝐶−𝑇𝐴𝐵⋅cos(𝛼)=0⟹𝑇𝐴𝐶=𝑇𝐴𝐵⋅cos(60∘)
Theo trục Oy: ∑Fy=0⟹TAB⋅sin(α)−P=0⟹TAB⋅sin(60∘)=P𝐹𝑦=0⟹𝑇𝐴𝐵⋅sin(𝛼)−𝑃=0⟹𝑇𝐴𝐵⋅sin(60∘)=𝑃 Step 3: Tính toán lực căng TAB𝑇𝐴𝐵và TAC𝑇𝐴𝐶 Từ phương trình theo trục Oy: TAB=Psin(60∘)=78,432=156,83≈90,6N𝑇𝐴𝐵=𝑃sin(60∘)=78,43√2=156,83√≈90,6𝑁 Từ phương trình theo trục Ox: TAC=TAB⋅cos(60∘)=TAB⋅12=90,62≈45,3N𝑇𝐴𝐶=𝑇𝐴𝐵⋅cos(60∘)=𝑇𝐴𝐵⋅12=90,62≈45,3𝑁 Answer: Lực căng của sợi dây AB là TAB≈90,6N𝐓𝐀𝐁≈𝟗𝟎,𝟔𝐍và lực căng của sợi dây AC là TAC≈45,3N𝐓𝐀𝐂≈𝟒𝟓,𝟑𝐍.