Một vật có khối lượng m = 2kg đang nằm yên trên mặt phẳng ngang thì chịu tác dụng của lực kéo theo phương nằm ngang, vật bắt đầu trượt thẳng nhanh dần đều với gia tốc \[2m/{s^2}\], cho độ lớn lực ma sát trượt bằng 2N. Lấy \[g = {\rm{ }}10m/{s^2}\]

1. Tính độ lớn của lực kéo.

2. Tính quãng đường đi được của vật sau 4s.

3. Sau 5s, lực kéo ngừng tác dụng, tính thơi gian vật đi được quãng đường 18 m kể từ khi lực kéo ngừng tác dụng.

Gọi điện tích mỗi quả cầu là q.

Lực điện tác dụng lên mỗi quả cầu là: \({F_d} = k\frac{{{q^2}}}{{{r^2}}}\)

Từ hình vẽ, ta thấy: \[\frac{{{F_d}}}{P} = \frac{{\frac{r}{2}}}{{\sqrt {{\ell ^2} - {{\left( {\frac{r}{2}} \right)}^2}} }} \Rightarrow \frac{{k\frac{{{q^2}}}{{{r^2}}}}}{{mg}} = \frac{{\frac{r}{2}}}{{\sqrt {{\ell ^2} - {{\left( {\frac{r}{2}} \right)}^2}} }}\]

\[ \Rightarrow q = \sqrt {\frac{{mg{r^3}}}{{2k\sqrt {{\ell ^2} - {{\left( {\frac{r}{2}} \right)}^2}} }}} = \sqrt {\frac{{0,{{01.10}^{ - 3}}.10.0,{{06}^3}}}{{{{2.9.10}^9}.\sqrt {0,{5^2} - 0,{{03}^2}} }}} = 1,{55.10^{ - 9}}(C)\]

Gọi C là điểm gặp nhau, v là vận tốc dòng nước.

Theo đề bài: vận tốc 2 tàu so với dòng nước bằng nhau, ta gọi là V

Vì hai tàu xuất phát cùng lúc và gặp nhau tại C nên \[\;{t_1}\; = {\rm{ }}{t_3}\]\[\] (1)

Sau đó, 2 tàu quay trở lại tổng thời gian tàu A đi là 3 h, tàu B đi là 1,5 h.

\[{t_1}\; + {\rm{ }}{t_2}\; = {\rm{ }}3{\rm{ }}h\]

\[{t_3}\; + {\rm{ }}{t_{4\;}} = {\rm{ }}1,5{\rm{ }}h\]

Thời gian đi của tàu từ A tới C: \[{t_1} = \frac{{AC}}{{V + v}}\]

Thời gian về của tàu từ C tới A: \[{t_2} = \frac{{AC}}{{V - v}}\]

Thời gian tàu đi từ A cả đi lẫn về là: \[{t_1} + {t_2} = 3 \Leftrightarrow \frac{{AC}}{{V + v}} + \frac{{AC}}{{V - v}} = AC\left( {\frac{1}{{V + v}} + \frac{1}{{V - v}}} \right){\mkern 1mu} = 3\] (2)

Thời gian đi của tàu từ B tới C: \[{t_3} = \frac{{BC}}{{V - v}}\]

Thời gian về của tàu từ C tới B: \[{t_4} = \frac{{BC}}{{V + v}}\]

Thời gian tàu đi từ B cả đi lẫn về là:

\[{t_3} + {t_4} = 1,5 \Leftrightarrow \frac{{BC}}{{V - v}} + \frac{{BC}}{{V + v}} = BC\left( {\frac{1}{{V - v}} + \frac{1}{{V + v}}} \right) = 1,5\] (3)

Từ (2), (3) \[ \Rightarrow AC = 2BC \Rightarrow AC = \frac{2}{3}AB\] thay vào (1) được:

Mà thời gian đi của tàu từ A tới C bằng thời gian đi của tàu từ B tới C nên

\[\frac{{AC}}{{V + v}} = \frac{{BC}}{{V - v}} \Rightarrow V = 3v\]

Thay \[AC = \frac{2}{3}AB\] và \[V{\rm{ }} = {\rm{ }}3v\;\]vào (2)

\[\frac{2}{3}AB\left( {\frac{1}{{4v}} + \frac{1}{{2v}}} \right) = 3 \Rightarrow AB = 6v\] (4)

Để thời gian cả đi lẫn về của hai tàu như nhau thì hai tàu gặp nhau ở vị trí C’

\[ \Rightarrow \frac{{AC\prime }}{{V + v}} + \frac{{AC\prime }}{{V - v}} = \frac{{BC\prime }}{{V - v}} + \frac{{BC\prime }}{{V + v}} \Rightarrow AC\prime = BC\prime = \frac{{AB}}{2}\]

Khi xuất phát tàu B xuất phát trước tàu A một khoảng \[{t_0}\], ta có:

\[ \Rightarrow BC\prime \left( {\frac{1}{{V - v}} - \frac{1}{{V + v}}} \right) = {t_0} \Rightarrow \frac{{AB}}{2}\left( {\frac{1}{{2v}} - \frac{1}{{4v}}} \right) = {t_0}\]

Thay (4) vào \[ \Rightarrow {t_0} = \frac{{6v}}{2}.\frac{1}{{4v}} = 0,75{\mkern 1mu} h\]

Vậy tàu A phải xuất phát muộn hơn tàu B là 0,75 h = 45 phút.