3. Bài 12. Chuyển động của vật trong chất lưu

Trong thực tế, mọi vật rơi luôn chịu lực cản của không khí. Với vật nặng kích thước nhỏ (ví dụ viên bi thép), lực cản này có độ lớn không đáng kể và có thể bỏ qua. Nhưng với các vật kích thước lớn (ví dụ dù lượn), lực cản của không khí có độ lớn đáng kể. Khi này, chuyển động của vật rơi có những tính chất gì?

Lời giải chi tiết:

Khi lực cản của không khí có độ lớn đáng kể thì vận tốc của vật rơi bị giảm, vật rơi chậm lại.

1. Dựa vào đồ thị ở Hình 12.2, phân tích tính chất chuyển động của vật trong những khoảng thời gian: từ 0 – t₁ , t₁ – t₂ và từ thời điểm t₂ trở đi.

Phương pháp giải:

Quan sát đồ thị

Lời giải chi tiết:

Từ đồ thị trong Hình 12.2, ta có:

+ Từ 0 – t₁ , vật chuyển động nhanh dần đều

+ Từ t₁ – t₂ , vật chuyển động nhanh dần không đều

+ Từ t₂ trở đi, vật chuyển động với tốc độ không đổi.

2. Quan sát Hình 12.1, vẽ vectơ lực cản của dầu tác dụng lên viên bi và mô tả chuyển động của viên bi khi được thả không vận tốc đầu vào dầu.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ và vận dụng kiến thức đã học.

Lực cản có điểm đặt tại tâm vật, chiều ngược với chiều chuyển động của vật

Lời giải chi tiết:

Mô tả chuyển động của viên bi:

+ Khi viên bi ở ngoài không khí, thả không vận tốc đầu, viên bi chuyển động thẳng nhanh dần đều.

+ Khi viên bi đi vào trong dầu, viên bi chuyển động chậm lại, và chuyển động đều

Quan sát Hình 12.3, mô tả chuyển động của vận động viên nhảy dù từ khi bắt đầu nhảy khỏi máy bay đến khi chmaj đất. Phân tích lực tác dụng lên dù trong từng giai đoạn chuyển động.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ

Lời giải chi tiết:

Chuyển động của vận động viên:

+ Ban đầu mới nhảy khỏi máy bay, khi chưa bung dù, trọng lực lớn hơn lực cản của không khí nên vận động viên sẽ rơi nhanh dần

+ Sau khi chuyển động ổn định thì vận động viên bắt đầu bung dù, lực cản của không khí bằng trọng lực nên chuyển động của vận động viên đều và đáp xuống đất.

Tìm hiểu một số biện pháp thực tiễn giúp giảm lực cản của nước lên cơ thể khi chúng ta bơi.

Phương pháp giải:

Liên hệ thực tiễn

Lời giải chi tiết:

Biện pháp giúp giảm lực cản của nước lên cơ thể:

+ Giữ thăng bằng cơ thể khi bơi

+ Đội mũ bơi và kính bơi, giảm ma sát này bằng silicone là một cách tốt khác để giảm lực cản của nước.

+ Giữ các ngón chân về phía sau để giảm lực cản.

3. Thực hiện thí nghiệm thả rơi hai tờ giấy giống nhau như Hình 12.4, trong đó một tờ được vo tròn và một tờ được để phẳng. So sánh chuyển động của hai tờ giấy này và dự đoán nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau đó.

Phương pháp giải:

Thực hiện thí nghiệm và đưa ra dự đoán

Lời giải chi tiết:

Tờ giấy được vo tròn rơi nhanh hơn tờ giấy để phẳng

Nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau đó là vì lực cản không khí của tờ giấy vo tròn ít hơn lực cản không khí của tờ giấy để phẳng.

Quan sát Hình 12.6, kết hợp với kết quả thí nghiệm nghiên cứu của dự án để chỉ ra khi vật có hình dạng nào thì lực cản không khí lên vật là lớn nhất và nhỏ nhất.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ

Lời giải chi tiết:

Từ hình vẽ ta thấy vật có hình tam giác thì lực cản không khí là lớn nhất và vật có hình gọt nước nằm ngang có lực cản không khí là nhỏ nhất.

Ngoài các ví dụ được đề cập, hãy tìm hiểu và trình bày ứng dụng của sự tăng hay giảm sức cản không khí theo hình dạng vật trong đời sống. (Gợi ý: Có thể tham khảo các hiện tượng trong Hình 12.7).

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ

Lời giải chi tiết:

Ứng dụng của sự tăng giảm sức cản không khí theo hình dạng vật:

+ Làm tăng tốc của vật

+ Làm giảm tốc độ của máy bay khi hạ cánh

1. Xét một vật rơi trong không khí có đồ thị tốc độ rơi theo thời gian được biểu diễn trong Hình 12.2.

a) Vẽ hình và biểu diễn các lực tác dụng lên vật tại thời điểm t₁ , t₂ .

b) Xác định độ lớn hợp lực tác dụng lên vật tại thời điểm t₂ .

Lời giải chi tiết:

a) Học sinh tự vẽ

b) Hợp lực tác dụng lên vật tại thời điểm t₂ bằng 0.

2. Hãy vẽ lực cản của không khí hoặc nước tác dụng lên các vật trong các trường hợp được mô tả trong Hình 12P.1.

Phương pháp giải:

Lực cản có chiều ngược với chiều chuyển động của vật.

Lời giải chi tiết:

3. Một con cá hề (Hình 12P.2) đang bơi trong nước chịu tác dụng của lực cản F = 0,65 v (v là tốc độ tức thời tính theo đơn vị m/s). Hãy tính lực tối thiểu để con cá đạt được tốc độ 6 m/s, giả sử con cá bơi theo phương ngang.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính lực cản: F = 0,65.v

Lời giải chi tiết:

Khi con cá bơi theo phương ngang, lực tối thiểu để con cá bơi được phải bằng lực cản của nước

=> Lực tối thiểu của con cá là: F = F_c = 0,65.v = 0,65.6 = 3,9 (N).