Vì sao ma sát trên đường nghiêng có thể đổi chiều khi tốc độ vào cua thay đổi?

Giải thích nguyên lý

Ma sát nghỉ chống xu hướng trượt tương đối trên mặt đường, không mặc định luôn ngược vận tốc tâm xe. Trên một mặt nghiêng khi vào cua, phản lực vừa có thành phần đứng vừa có thành phần vào tâm. Ở tốc độ phù hợp, phản lực có thể tự đủ; thấp hoặc cao hơn đòi ma sát theo các chiều khác nhau dọc mặt nghiêng.

Ví dụ tính từng bước

Xe chất điểm 1 kg, cung bán kính 10 m, mặt nghiêng 30° cao về phía ngoài, g = 10 m/s². Quy ước f dương lên dốc, hướng ra ngoài. Các phương trình Nsin30° − fcos30° = v²/10 và Ncos30° + fsin30° = 10 cho f = 5 − (v²/10)cos30°. Khi v = 0, f = +5 N lên dốc. Khi v = 10 m/s, f ≈ −3,66 N, tức xuống dốc về phía tâm; N ≈ 13,66 N.

Điểm dễ hiểu sai

Dấu f chỉ chiều theo quy ước, không phải hệ số ma sát âm. Mỗi nghiệm còn cần khả năng bám đủ lớn và điều kiện tiếp xúc.

Tự kiểm tra

Tại f = 0, v = √(100tan30°) ≈ 7,60 m/s trong mô hình.

Điều kiện áp dụng

Mặt nghiêng đều, chuyển động tròn đều trong từng lượt, bỏ lật và lực khí; chỉ mô hình học tập, không dùng làm hướng dẫn chạy xe hay thiết kế đường.

Đọc hình minh họa

Mặt cắt đường nghiêng với phía tâm thấp hơn; phản lực, trọng lực và hai chiều ma sát thay thế cho lượt chậm và nhanh được ghi riêng. Các mũi tên chỉ đại lượng theo nhãn; hình định tính không dùng để đo tỉ lệ lực hoặc độ dài. Các đồ thị đọc theo số liệu và đơn vị hai trục.

Học tiếp

Định luật II Newton viết dưới dạng vectơ thế nào Cô lập vật trước khi giải bài lực như thế nào