Lớp 10 · Vật Lí
Bài 18
Lực Ma Sát
Ma sát nghỉ, ma sát trượt, công thức $F_{ms} = \mu N$ & vai trò trong đời sống
1
Lực ma sát nghỉ
▼
Khi ta đẩy một vật nặng trên sàn bằng lực nhỏ mà vật vẫn đứng yên, nghĩa là có một lực đã cản lại và giữ vật không trượt — lực đó chính là lực ma sát nghỉ.
📐 Định nghĩa
Lực ma sát nghỉ là lực ma sát tác dụng lên mặt tiếp xúc của vật với bề mặt, giữ cho vật đứng yên khi vật chịu tác dụng của một lực $\vec{F}$ song song với bề mặt.
Hình 1: Lực ma sát nghỉ giữ vật đứng yên khi có lực $F$ tác dụng
▸ Đặc điểm của lực ma sát nghỉ
①Phương: song song với bề mặt tiếp xúc.
②Chiều: ngược chiều với lực tác dụng (hoặc xu hướng chuyển động).
③Độ lớn: tự điều chỉnh bằng đúng lực tác dụng song song bề mặt (khi vật còn đứng yên).
④Lực ma sát nghỉ có giá trị cực đại $F_0$. Khi $F > F_0$ thì vật bắt đầu trượt.
Lưu ý quan trọng
• Khi vật đã bắt đầu trượt, ta chỉ cần một lực nhỏ hơn $F_0$ cũng đủ duy trì chuyển động trượt đều.
• Điều này chứng tỏ lực ma sát trượt nhỏ hơn lực ma sát nghỉ cực đại.
• Trên mặt phẳng ngang: vật có thể đứng yên mà không cần ma sát nghỉ (nếu không có lực nào song song bề mặt).
• Trên mặt phẳng nghiêng: vật đứng yên được nhờ ma sát nghỉ cân bằng thành phần trọng lực dọc theo mặt nghiêng.
• Điều này chứng tỏ lực ma sát trượt nhỏ hơn lực ma sát nghỉ cực đại.
• Trên mặt phẳng ngang: vật có thể đứng yên mà không cần ma sát nghỉ (nếu không có lực nào song song bề mặt).
• Trên mặt phẳng nghiêng: vật đứng yên được nhờ ma sát nghỉ cân bằng thành phần trọng lực dọc theo mặt nghiêng.
📝 Ví dụ — Đẩy chiếc tủ trên sàn
Để đẩy chiếc tủ trên sàn cần lực tối thiểu $300$ N để thắng ma sát nghỉ ($F_0 = 300$ N).
Nếu một người kéo $35$ N + một người đẩy $260$ N (cùng phương, cùng chiều):
$F = 35 + 260 = 295$ N $< 300$ N $= F_0$ → tủ vẫn đứng yên, lực ma sát nghỉ tự điều chỉnh độ lớn $= 295$ N để cân bằng.
Nếu một người kéo $35$ N + một người đẩy $260$ N (cùng phương, cùng chiều):
$F = 35 + 260 = 295$ N $< 300$ N $= F_0$ → tủ vẫn đứng yên, lực ma sát nghỉ tự điều chỉnh độ lớn $= 295$ N để cân bằng.
2
Lực ma sát trượt
▼
📐 Định nghĩa
Lực ma sát trượt là lực ma sát cản trở chuyển động của vật trượt trên bề mặt tiếp xúc.
Hình 2: Lực ma sát trượt cản trở chuyển động của vật
▸ Đặc điểm của lực ma sát trượt
①Phương: song song với bề mặt tiếp xúc.
②Chiều: ngược chiều chuyển động trượt của vật.
③Độ lớn: phụ thuộc vật liệu & tình trạng bề mặt và áp lực $N$; KHÔNG phụ thuộc diện tích tiếp xúc và tốc độ vật.
| Yếu tố | Lực ma sát trượt |
|---|---|
| Vật liệu & tình trạng bề mặt (nhẵn/nhám, khô/ướt) | CÓ phụ thuộc |
| Áp lực $N$ (vuông góc bề mặt) | CÓ phụ thuộc — $N$ càng lớn thì $F_{ms}$ càng lớn |
| Diện tích tiếp xúc | KHÔNG phụ thuộc |
| Tốc độ chuyển động | KHÔNG phụ thuộc |
⚠️ Sai lầm thường gặp
Nhiều bạn nghĩ "diện tích tiếp xúc lớn → ma sát lớn" — SAI. Lực ma sát trượt không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc, chỉ phụ thuộc vào áp lực $N$ và cặp vật liệu.
3
Hệ số ma sát trượt $\mu$ & công thức $F_{ms} = \mu N$
▼
📐 Hệ số ma sát trượt
Hệ số ma sát trượt $\mu$ là tỉ số giữa độ lớn lực ma sát trượt $F_{ms}$ và áp lực $N$:
$\mu = \dfrac{F_{ms}}{N}$
▸ Công thức tính lực ma sát trượt
Công thức tổng quát
$F_{ms} = \mu \cdot N$
→$F_{ms}$: lực ma sát trượt (N)
→$\mu$: hệ số ma sát trượt (không có đơn vị) — phụ thuộc cặp vật liệu
→$N$: áp lực vuông góc lên bề mặt tiếp xúc (N)
▸ Trên mặt phẳng ngang
Áp lực $N$ bằng đúng trọng lượng của vật ($N = P = mg$), do đó:
Mặt phẳng ngang
$N = mg$ ⟹ $F_{ms} = \mu \cdot m \cdot g$
▸ Bảng hệ số ma sát trượt (gần đúng)
| Cặp vật liệu tiếp xúc | $\mu$ |
|---|---|
| Gỗ trên gỗ (khô) | $0{,}20$ |
| Thép trên thép (khô) | $0{,}57$ |
| Thép trên thép (trơn) | $0{,}07$ |
| Cao su trên bê tông (khô) | $0{,}70$ |
| Cao su trên bê tông (ướt) | $0{,}50$ |
| Cao su trên băng | $0{,}10$ |
📝 Ví dụ — Tính lực ma sát trượt
Vật khối lượng $m = 5$ kg trượt trên sàn ngang, hệ số ma sát $\mu = 0{,}2$. Lấy $g = 10$ m/s².
Bước 1: Tính áp lực $N = mg = 5 \cdot 10 = 50$ N.
Bước 2: Áp dụng $F_{ms} = \mu N = 0{,}2 \cdot 50 = 10$ N.
Vậy lực ma sát trượt có độ lớn $10$ N, hướng ngược chiều chuyển động.
Bước 1: Tính áp lực $N = mg = 5 \cdot 10 = 50$ N.
Bước 2: Áp dụng $F_{ms} = \mu N = 0{,}2 \cdot 50 = 10$ N.
Vậy lực ma sát trượt có độ lớn $10$ N, hướng ngược chiều chuyển động.
📝 Ví dụ — Tìm hệ số ma sát từ chuyển động hãm phanh
Người đi xe đạp tổng khối lượng $86$ kg với vận tốc $4$ m/s, hãm phanh thì xe trượt $2$ m rồi dừng. Lấy $g = 10$ m/s².
Bước 1: Gia tốc $a = \dfrac{v^2 - v_0^2}{2s} = \dfrac{0 - 16}{4} = -4$ m/s².
Bước 2: Lực gây gia tốc chính là lực ma sát trượt:
$\;F_{ms} = m|a| = 86 \cdot 4 = 344$ N.
Bước 3: Hệ số ma sát: $\mu = \dfrac{F_{ms}}{mg} = \dfrac{344}{86 \cdot 10} = 0{,}4$.
Bước 1: Gia tốc $a = \dfrac{v^2 - v_0^2}{2s} = \dfrac{0 - 16}{4} = -4$ m/s².
Bước 2: Lực gây gia tốc chính là lực ma sát trượt:
$\;F_{ms} = m|a| = 86 \cdot 4 = 344$ N.
Bước 3: Hệ số ma sát: $\mu = \dfrac{F_{ms}}{mg} = \dfrac{344}{86 \cdot 10} = 0{,}4$.
4
Lực ma sát trong đời sống
▼
Lực ma sát có thể có lợi hoặc gây hại tùy tình huống.
✅ Có lợi
Ma sát giữa chân và mặt đường giúp đi lại không bị trượt.
Ma sát giữa má phanh và vành bánh xe giúp xe dừng lại.
Vận động viên xoa phấn vào tay tăng ma sát khi nâng tạ.
Vali đặt trên băng chuyền sân bay chuyển động cùng nhờ ma sát nghỉ.
⚠️ Gây hại
Gây mài mòn lốp xe, các chi tiết máy.
Tiêu hao thêm năng lượng khi xe chạy.
Sinh nhiệt không mong muốn ở các bộ phận tiếp xúc.
▸ Cách giảm ma sát có hại
①Thay ma sát trượt bằng ma sát lăn — dùng ổ bi, con lăn.
②Bôi trơn bề mặt tiếp xúc (dầu, mỡ, nhớt).
③Làm nhẵn các bề mặt tiếp xúc.
Vì sao chuyển từ trượt sang lăn lại nhẹ hơn?
Trong cùng điều kiện áp lực $N$, lực ma sát lăn nhỏ hơn lực ma sát trượt rất nhiều. Đó là lý do vì sao việc chuyển từ trượt sang lăn (qua ổ bi, con lăn) giúp di chuyển vật dễ dàng hơn và tiết kiệm năng lượng.
5
Tổng kết & Xem lý thuyết đầy đủ
▼
Tổng kết Bài 18
• Ma sát nghỉ: giữ vật đứng yên khi có lực $\vec{F}$ song song bề mặt; tự điều chỉnh; có giá trị cực đại $F_0$.
• Ma sát trượt: ngược chiều chuyển động; phụ thuộc cặp vật liệu & áp lực; KHÔNG phụ thuộc diện tích tiếp xúc, tốc độ.
• So sánh: $F_{ms\text{ trượt}} < F_0$ (ma sát nghỉ cực đại).
• Công thức: $F_{ms} = \mu \cdot N$. Trên mặt ngang: $F_{ms} = \mu m g$.
• Vai trò: có lợi (đi lại, phanh xe) — gây hại (mài mòn, tốn năng lượng).
• Giảm ma sát: ổ bi, con lăn, bôi trơn.
• Ma sát trượt: ngược chiều chuyển động; phụ thuộc cặp vật liệu & áp lực; KHÔNG phụ thuộc diện tích tiếp xúc, tốc độ.
• So sánh: $F_{ms\text{ trượt}} < F_0$ (ma sát nghỉ cực đại).
• Công thức: $F_{ms} = \mu \cdot N$. Trên mặt ngang: $F_{ms} = \mu m g$.
• Vai trò: có lợi (đi lại, phanh xe) — gây hại (mài mòn, tốn năng lượng).
• Giảm ma sát: ổ bi, con lăn, bôi trơn.
Để xem lý thuyết đầy đủ (kèm hình ảnh SGK chi tiết, các phương pháp giải nhanh, mẹo, sai lầm thường gặp, các dạng bài mở rộng — đặc biệt là mặt phẳng nghiêng), các em hãy tham khảo bài viết bên dưới:
📚 Xem thêm: Lý thuyết đầy đủ + PP giải các dạng + Mẹo & sai lầm thường gặp tại Edus.vnSau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 23 câu bám sát SGK Vật Lí 10!
1
—
Điểm: 0/23
🛞
Cùng luyện Bài 18 — Lực ma sát!
23 câu: 18 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 3 tự luận
🏆
Tuyệt vời!
0/23
💡 Gợi ý
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn