Vật trượt trên băng tải: ma sát làm tăng động năng mà vẫn sinh nhiệt

Vật lý 10 · Ôn tập kiến thức THPT

Ma sát trên băng tải có thể làm vật tăng động năng; nhiệt sinh ra phụ thuộc độ trượt tương đối giữa vật và băng. Không phải mọi công ma sát lên một vật đều âm.

Băng tải chạy ngang đều 4 m/s. Đặt vật 2 kg đang đứng yên so với đất lên băng; hệ số ma sát trượt μ = 0,20, g = 10 m/s². Bỏ qua chuyển động đứng và xét trước lúc vật bắt kịp băng.

Ma sát lên vật hướng theo băng, có độ lớn F = μmg = 4 N. Gia tốc vật a = F/m = 2 m/s². Vật đạt 4 m/s sau 2 s; trong thời gian ấy, đi s_vật = ½at² = 4 m.

Công ma sát lên vật là +4 × 4 = 16 J, bằng động năng tăng ½ × 2 × 4² = 16 J. Đây là công dương vì vật được kéo nhanh lên.

Bề mặt băng đi 8 m trong 2 s. Động cơ cần cung cấp thêm công 4 × 8 = 32 J để chống lực ma sát do vật, ngoài các hao phí khác của băng. Chênh 32 − 16 = 16 J chuyển thành nhiệt tại tiếp xúc. Kiểm tra bằng độ trượt: Q = F(s_băng − s_vật) = 4 × 4 = 16 J.

Khi vật đạt tốc độ băng, chuyển động tương đối chấm dứt. Nếu không có lực ngang khác, mô hình không cần tiếp tục lực ma sát trượt 4 N: đừng cho vật tăng tốc mãi vượt băng.

Tự luyện: Với vật 1 kg, các điều kiện khác giữ nguyên, thời gian bắt kịp vẫn 2 s, nhưng động năng tăng và nhiệt mỗi phần là 8 J. Khối lượng đổi làm lực đổi, còn gia tốc μg không đổi trong đoạn trượt.

Đọc tiếp: Ma sát trượt · Định lí động năng.