Khi một quả cầu chuyển động trong chất lỏng, vật chịu tác dụng của lực cản được gọi là lực nội ma sát. Biểu thức độ lớn của lực nội ma sát được xác định bởi định luật Stokes: \(f = 6\pi .r.v.\eta \), trong đó: f là lực nội ma sát (N) r là bán kính quả cầu (m) v là tốc độ tức thời của quả cầu (m/s) \(\eta \) là hệ số ma sát nhớt hay độ nhớt của chất lỏng (Pa.s). Khi chuyển động của quả cầu đạt trạng thái ổn định, quả cầu chuyển động với tốc độ bão hòa được xác định bởi biểu thức: \({v_{bh}} = \frac{{2{r^2}.g.\left( {\sigma - \rho } \right)}}{{9\eta }}\) Trong đó: vbh là tốc độ bão hòa (m/s) g là gia tốc trọng trường (m/s2) \(\sigma \) là khối lượng riêng của quả cầu (kg/m3) \(\rho \) là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3) Xét một quả cầu đang rơi thẳng đều trong một chất lỏng với các thông số sau: Đường kính của quả cầu = 3,0 mm. Khối lượng riêng của quả cầu = 2500 kg/m3 Khối lượng riêng của chất lỏng = 875 kg/m3 Tốc độ bão hòa = 160 mm/s Biết gia tốc trọng trường là 9,8 m/s2. Hãy xác định độ nhớt của chất lỏng và độ lớn của lực nội ma sát tác dụng lên vật đang chuyển động ở tốc độ bão hòa. Dựa vào những kiến thức đã học về trọng lực cũng như phản lực hãy tính toán độ cứng và trọng lượng của lò xo và vật  Vật Lý lớp 10 đáp án bài 5 trang 74 sgkTính chiều dài bị nén của lò xo đã biết độ cứng khi tác động một lực đủ lớn Đáp án bài 4 trang 74 sgk Vật Lý lớp 10Xác định độ cứng của lò xo khi biết lực tác động và khoảng chác dãn ra của lò xo đó và đưa ra câu trả lời đúng Với giải bài tập Vật Lí 10 Bài 12: Chuyển động của vật trong chất lưu sách Chân trời sáng tạo hay nhất, chi tiết giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Vật Lí 10 Bài 12. Giải Vật Lí lớp 10 Bài 12: Chuyển động của vật trong chất lưu Mở đầu trang 74 Vật lí 10: 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: Chuyển động của vật rơi khi lực cản có độ lớn đáng kể sẽ chậm hơn khi rơi mà không có lực cản. Nếu quãng đường rơi đủ dài thì vận tốc của vật sẽ không tăng liên tục mà chỉ đạt tới một giá trị nhất định và không tăng thêm nữa. 1. Chuyển động rơi của vật Câu hỏi 1 trang 74 Vật lí 10: Dựa vào đồ thị 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. Lời giải: Từ đồ thị trong Hình 12.2, ta có: + Từ 0 – t1, đồ thị gần giống đường thẳng, vật chuyển động nhanh dần đều + Từ t1 – t2, đồ thị có dạng đường cong, vật chuyển động nhanh dần nhưng không đều + Từ t2 trở đi, vật chuyển động với tốc độ không đổi. Câu hỏi 2 trang 74 Vật lí 10: Quan sát hình 12.1, vẽ vecto 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. Lời giải: Vẽ hình: vecto lực cản ban đầu có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên. - Khi bắt đầu được thả vào dầu, trọng lượng của viên bi lớn hơn nhiều so với lực đẩy Acsimet và lực cản, nên viên bi chuyển động nhanh dần đều trong khoảng thời gian rất ngắn. - Khi càng xuống sâu, lực đẩy Acsimet và lực cản càng tăng dần, chuyển động của vật nhanh dần nhưng không đều trong một khoảng thời gian tiếp theo. - Khi xuống sâu hơn nữa, khi này trọng lượng và hợp lực của lực đẩy Acsimet và lực cản gần như cân bằng nhau, vật sẽ chuyển động thẳng đều xuống dưới theo quán tính và sẽ chạm đáy sau một khoảng thời gian. Luyện tập trang 75 Vật lí 10: 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 chạm đất. Phân tích lực tác dụng lên dù trong từng giai đoạn chuyển động. Lời giải: + Khi chưa bung dù: trọng lượng của hệ (người + dù) lớn hơn lực cản không khí nên người chuyển động thẳng nhanh dần xuống dưới. + Khi chuyển động ổn định khi chưa bung dù: lực cản không khí tác dụng lên hệ (người + dù) và trọng lượng của hệ (người + dù) gần như cân bằng nên chuyển động của người được coi là chuyển động thẳng đều. + Khi vừa bung dù, lực cản không khí tác dụng lên dù lớn hơn trọng lượng của hệ (người + dù) nên khi vừa bung dù hệ người và dù bị giật lên trên tức thời, chuyển động chậm dần. + Khi chuyển động ổn định đã bung dù: hệ người và dù chuyển động thẳng đều từ từ chạm đất vì khi đó lực cản và trọng lực cân bằng nhau. Vận dụng trang 75 Vật lí 10: Tìm hiểu một số biện pháp thực tiễn giúp giảm lực cản của nước lên cơ thể khi chúng ta bơi. Lời giải: Một số biện pháp làm giảm lực cản của nước: Trang phục bơi ôm sát, đội mũ để giảm sức cản, khi bơi cần thực hiện động tác gọn gàng không sinh ra quá nhiều lực cản, giữ cơ thể thăng bằng khi bơi.... 2. Sự phụ thuộc của lực cản không khí vào hình dạng vật Thực hiện dự án nghiên cứu Câu hỏi 3 trang 76 Vật lí 10: 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. Lời giải: Tờ giấy vo tròn rơi nhanh hơn tờ giấy để phẳng. Nguyên nhân: Tờ giấy vo tròn chịu ít lực cản của không khí hơn tờ giấy để phẳng. Câu hỏi 4 trang 76 Vật lí 10: Quan sát Hình 12.6, kết hợp với kết quả 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. Lời giải: Trong ba vật trên hình, vật có hình tam giác chịu lực cản lớn nhất và vật hình giọt nước chịu lực cản bé nhất. Vận dụng trang 76 Vật lí 10: 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. (Gọi ý: có thể tham khảo các hiện tượng trong Hình 12.7). Lời giải: Ứng dụng của sự tăng hay giảm sức cản không khí theo hình dáng vật - Các máy bay tiêm kích cần tốc độ cao nên có hình dáng thon gọn, đầu nhọn, cánh nhỏ giúp giảm tối đa lực cản không khí và đạt tốc độ cao, hình dáng này áp dụng hình dáng của các loài chim khi săn mồi trên không như chim ưng, chim cắt... - Chim ưng sà xuống mặt đất cần dang rộng cánh đề giảm tốc độ tiếp đất hoặc mặt nước tránh va chạm. - Cánh diều cần có cánh rộng để đảm bảo lực cản không khí đủ mạnh giúp nâng diều lên cao. - Các viên đạn xuyên giáp cần có thiết kế nhọn, dài để đạt tốc độ lớn và xuyên phá sâu. Các viên đạn súng ngắn, súng lục... thì có dạng đầu tù hoặc tròn để đảm bảo tính ổn định của quỹ đạo viên đạn mà không yêu cầu độ xuyên quá quá cao. - Thiết kế của xe máy hoặc ô tô đua thường có dạng thon, nhọn để đạt tốc độ cao. - Thiết kế của thân tàu vũ trụ (bao gồm cả khoang nhiên liệu và thân tàu) khi bay lên thường có dạng nhọn. Thân tàu thường có dạng hình nêm hoặc hình trụ để khi quay trở lại Trái Đất không rơi với tốc độ quá cao gây cháy hoặc phát nổ trên không. Bài tập (Trang 77) Bài tập 1 trang 77 Vật lí 10: Xét một vật rơi trong không khí có đồ thị tốc độ rơi theo thời gian được biểu diễn trong Hình 12.2.
Lời giải: Học sinh tham khảo hình vẽ dưới.
Bài tập 2 trang 77 Vật lí 10: 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. Lời giải: Lực cản không khí cùng phương, ngược chiều của chuyển động (mũi tên màu xanh). Bài tập 3 trang 77 Vật lí 10: Một con các hề (Hình 12P.2) đang bơi trong nước chịu tác dụng của lực cản F = 0,65v (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. |
