Từ điểm A của một mặt bàn phẳng nghiêng, người ta thả một vật có khối lượng m = 0,2 kg trượt không ma sát với vận tốc ban đầu bằng 0 rơi xuống đất. Cho AB = 50 cm, BC = 100 cm, AD = 130 cm, g = 10 m/s2 (hình vẽ). Bỏ qua lực cản không khí.
a. Tính vận tốc của vật tại điểm B và điểm chạm đất E.
b. Chứng minh rẳng quỹ đạo của vật là một parabol. Vật rơi cách chân bàn một đoạn CE là bao nhiêu?
c. Khi rơi xuống đất, vật ngập sâu vào đất 2cm. Tính lực cản trung bình của đất lên vật.
Đáp án:
a) Cơ năng tại A là:
\({{\rm{W}}_A} = mg.AD\)
Cơ năng tại B là:
\({{\rm{W}}_B} = \dfrac{1}{2}mv_B^2 + mg.BC\)
Bảo toàn cơ năng:
\({{\rm{W}}_A} = {{\rm{W}}_B} \Rightarrow mg.AD = \dfrac{1}{2}mv_B^2 + mg.BC \Rightarrow {v_B} = \sqrt 6 m/s\)
b) Ta có: \(\sin \alpha = \dfrac{{AH}}{{AB}} = \dfrac{{AD – BC}}{{AB}} = \dfrac{3}{5}\)
Chiếu véc tơ, ta có:
\(\begin{array}{l}
x = {v_B}\cos \alpha .t\\
y = h – {v_B}\sin \alpha .t – \dfrac{1}{2}g{t^2}
\end{array}\)
Suy ra: \(y = h – x.\tan \alpha – \dfrac{1}{2}.\dfrac{g}{{v_B^2{{\cos }^2}\alpha }}.{x^2}\)
Vậy quỹ đạo của vật là 1 parabol.
Ta có: \(\sin \alpha = \dfrac{3}{5} \Rightarrow \cos \alpha = \dfrac{4}{5} \Rightarrow \tan \alpha = \dfrac{3}{4}\)
Khi vật chạm đất tại E thì: \(1,3{x^2} + 0,75x – 1 = 0 \Rightarrow x = 0,635m\)
Vậy vật rơi cách chân bàn một đoạn 0,635m
c) Áp dụng định luật biến thiên động năng:
\({{\rm{W}}_E} = Fs \Rightarrow F = \dfrac{{{{\rm{W}}_E}}}{s} = 130N\)