Định luật I Newton và quán tính

Xe buýt ở phần Khởi động chạy $v_0 = 36\,\text{km/h} = 10\,\text{m/s}$, phanh với gia tốc có độ lớn $2{,}5\,\text{m/s}^2$ cho đến khi dừng. Giả sử sàn xe nhẵn đến mức người đứng trên sàn không chịu lực ngang nào. Chọn chiều dương theo chiều chuyển động. Sau khi xe dừng, người đã đi được bao xa so với mặt đường, và dịch về phía trước bao xa so với xe?

Giải. Thời gian xe dừng: $t = \dfrac{v_0}{\lvert a\rvert} = \dfrac{10}{2{,}5} = 4\,\text{s}$. Quãng đường xe đi: $s_{xe} = \dfrac{v_0^2}{2\lvert a\rvert} = \dfrac{10^2}{2\cdot 2{,}5} = 20\,\text{m}$. Người không chịu lực ngang nên giữ $10\,\text{m/s}$, trong $4\,\text{s}$ đi $10\cdot 4 = 40\,\text{m}$. Vậy người trôi về trước so với xe $40 - 20 = 20\,\text{m}$. Trên thực tế ma sát chân sàn và tay vịn kéo người lại nên người chỉ chúi một đoạn ngắn, nhưng xu hướng đó vẫn là quán tính.

Trên bàn có tấm khăn, trên khăn có chiếc cốc. Giật nhanh tấm khăn ra theo phương ngang thì cốc gần như đứng yên tại chỗ. Giải thích.

Giải. Khăn được kéo bằng lực ngoài, còn cốc chỉ bị ma sát trượt từ khăn tác dụng trong một thời gian rất ngắn. Lực này nhỏ, thời gian tác dụng bé nên vận tốc cốc gần như không đổi: cốc "lười" đổi trạng thái đứng yên (quán tính). Cốc càng nặng, hiện tượng càng rõ.

Xét các câu sau và cho biết đúng hay sai, giải thích ngắn. a) "Vật chuyển động thẳng đều thì không chịu lực nào tác dụng." b) "Vật đứng yên thì hợp lực tác dụng lên nó bằng $0$." c) "Muốn vật chuyển động thẳng đều với vận tốc lớn thì lực tác dụng phải lớn."

Giải. a) Sai: có thể chịu nhiều lực, chỉ cần hợp lực bằng $0$. b) Đúng. c) Sai: vận tốc thẳng đều không phụ thuộc độ lớn lực, vì hợp lực vẫn bằng $0$.

Một thùng hàng được kéo trượt đều trên sàn ngang bằng lực kéo ngang $12\,\text{N}$. Tìm lực ma sát tác dụng lên thùng.

Giải. Thùng chuyển động thẳng đều nên hợp lực bằng $0$. Theo phương ngang chỉ có lực kéo $12\,\text{N}$ và lực ma sát, nên lực ma sát cũng có độ lớn $12\,\text{N}$, hướng ngược chiều chuyển động.

Quyển sách nặng $P = 20\,\text{N}$ nằm yên trên mặt bàn ngang. Các lực nào tác dụng lên sách và độ lớn bằng bao nhiêu?

Giải. Sách chịu trọng lực $\vec P$ hướng xuống (độ lớn $20\,\text{N}$) và phản lực $\vec N$ của mặt bàn hướng lên. Sách đứng yên nên hợp lực bằng $0$: $N = P = 20\,\text{N}$.