Hai vật có khối lượng lần lượt là m1 = 5 kg và m2 = 10 kg được nối với nhau bằng một sợi dây không dãn và được đặt trên một mặt sàn nằm ngang. Kéo vật 1 bằng một lực \(\overrightarrow{F}\) nằm ngang có độ lớn F = 45 N. Hệ số ma sát giữa mỗi vật và mặt sàn là μ = 0. Lấy g = 9,8m/s2. Tính gia tốc của mỗi vật và lực căng của dây nối.
Chọn hệ quy chiếu như hình vẽ:
Theo định luật 2 Newton cho hệ vật, ta có:
\(\overrightarrow {{P_1}} + \overrightarrow {{P_2}} + \overrightarrow {{N_1}} + \overrightarrow {{N_2}} + \overrightarrow F + \overrightarrow {{F_{ms1}}} + \overrightarrow {{F_{ms2}}} + \overrightarrow {{T_1}} + \overrightarrow {{T_2}} = ({m_1} + {m_2}).\overrightarrow a \) (1)
Chiếu (1) lên Ox, ta có
\(\begin{array}{l}F - {F_{ms1}} - {F_{ms2}} - {T_1} + {T_2} = ({m_1} + {m_2}).a\\ \Leftrightarrow F - \mu ({N_1} + {N_2}) = ({m_1} + {m_2}).a\end{array}\)
\( \Leftrightarrow a = \frac{{F - \mu ({N_1} + {N_2})}}{{{m_1} + {m_2}}}\) (2)
(do \({T_1} = {T_2}\))
Chiếu (1) lên Oy, ta có:
\(\begin{array}{l}{N_1} + {N_2} - {P_1} - {P_2} = 0\\ \Leftrightarrow {N_1} + {N_2} = {P_1} + {P_2}\\ \Leftrightarrow {N_1} + {N_2} = ({m_1} + {m_2}).g\end{array}\)
Thay \({N_1} + {N_2} = ({m_1} + {m_2}).g\) vào (2), ta có:
\(\begin{array}{l}a = \frac{{F - \mu .g({m_1} + {m_2})}}{{{m_1} + {m_2}}}\\ \Leftrightarrow a = \frac{{45 - 0,2.9,8.(5 + 10)}}{{5 + 10}}\\ \Leftrightarrow a = 1,04(m/{s^2})\end{array}\)
Xét vật 1
Theo định luật 2 Newton, ta có
\(\overrightarrow {{P_1}} + \overrightarrow {{N_1}} + \overrightarrow F + \overrightarrow {{F_{ms1}}} + \overrightarrow {{T_1}} = {m_1}.\overrightarrow a \) (3)
Chiếu (3) lên Ox, có
\(\begin{array}{l}F - {F_{ms1}} - {T_1} = {m_1}.a\\ \Leftrightarrow {T_1} = F - \mu {N_1} - {m_1}.a\end{array}\)
Chiếu (3) lên Oy, ta có \({N_1} = {P_1} = {m_1}.g\)
\(\begin{array}{l} \Rightarrow {T_1} = F - \mu {m_1}g - {m_1}.a\\ \Leftrightarrow {T_1} = 45 - 0,2.5.9,8 - 5.1,04\\ \Leftrightarrow {T_1} = 30(N)\end{array}\)
Vậy gia tốc của hai vật là 1,04 m/s2 và lực căng của dây nối là 30 N.