Bài tập tĩnh học 1

ĐỀ BÀI
Một vật có trọng lượng P = 100N được giữ đứng yên trên mặt phẳng nghiêng góc α bằng lực F có phương nằm ngang như hình vẽ dưới đây. Biết tanα = 0,5 và hệ số ma sát trượt µ = 0,2 . Lấy g = 10 m/s2. Tính giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của F

GIẢI
Các lực tác dụng lên vật phân tích như hình vẽ sau.


Áp dụng điều kiện cân bằng ta có
     $\overrightarrow P  + \overrightarrow N  + \overrightarrow {{F_{m{\rm{s}}}}}  + \overrightarrow F  = \overrightarrow 0 $    (1)

Lực F có giá trị lớn nhất khi vật có xu hướng đi lên, Fms hướng xuống
Chiếu (1) lên Ox và Oy ta được
     Fms = Fcosα – Psinα
     N = Fsinα + Pcosα
Do   Fms ≤ µN    nên suy ra      Fcosα – Psinα ≤ µ(Fsinα + Pcosα)
Vậy    ${F_{{\rm{max}}}} = \frac{{P(\mu  + \tan \alpha )}}{{1 - \mu \tan \alpha }} = \frac{{100(0,2 + 0,5)}}{{1 - 0,2.0,5}} = 77,8(N)$

Lực F có giá trị nhỏ nhất khi vật có xu hướng đi xuống nghĩa là lực Fms có chiều ngược với hình vẽ ở trên
Chiếu (1) lên Ox và Oy ta được
     Fms = Psinα – Fcosα
     N = Fsinα + Pcosα
Do   Fms ≤ µN    nên suy ra      Psinα – Fcosα ≤ µ(Fsinα + Pcosα)
     $ \Rightarrow F \ge \frac{{P(\sin \alpha  - \mu {\rm{cos}}\alpha )}}{{\mu \sin \alpha  + {\rm{cos}}\alpha }} = \frac{{P(\tan \alpha  - \mu )}}{{\mu \tan \alpha  + 1}}$
     $ \Rightarrow {F_{{\rm{min}}}} = \frac{{P(\tan \alpha  - \mu )}}{{\mu \tan \alpha  + 1}} = \frac{{100(0,5 - 0,2)}}{{0,2.0,5 + 1}} = 27,27(N)$