BÀI 12: CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT TRONG CHẤT LƯU
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
BÀI 12: CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT TRONG CHẤT LƯU
1. CHUYỂN ĐỘNG RƠI CỦA VẬT
Ví dụ 1
Hình vẽ
Xét một vật được thả rơi không vận tốc ban đầu trong không khí khi có lực cản lớn hoặc trong một chất lỏng như viên bị thép được thả rơi trong dầu (hình 12.1).
Ảnh
Hình 12.1.
a) Chuyển động của viên bi thép khi được thả rơi trong dầu tại những thời điểm khác nhau; b) Lực tác dụng lên viên bị khi rơi trong dầu
Thảo luận 1
Hình vẽ
1. 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.
Ảnh
Trả lời câu Thảo luận 1
Hình vẽ
- Giai đoạn 1: Nhanh dần đều trong một khoảng thời gian rất ngắn, hệ chịu tác dụng của trọng lực, lực đẩy Archimedes và lực cản của chất lưu (dầu). Tuy nhiên trong thời gian đầu, độ lớn lực cản rất bé so với trọng lực - Giai đoạn 2: Nhanh dần không đều, độ lớn lực cản tăng khi tốc độ rơi của hệ tăng lên nhưng trọng lực vẫn lớn hơn lực cản và lực đẩy Archimedes. - Giai đoạn 3: Chuyển động đều với tốc độ giới hạn không đổi. Lực cản cân bằng với hiệu trọng lực và lực đẩy Archimedes.
Ví dụ 2
Hình vẽ
Tốc độ rơi của vật được ghi nhận tại từng thời điểm và đồ thị tốc độ – thời gian của vật có dạng như Hình 12.2.
Ảnh
Hình 12.2. Đồ thị tốc độ theo thời gian của vật rơi trong chất lưu khi có lực cản
Thảo luận 2
Hình vẽ
2. Dựa vào đô thị ở Hình 12.2, phân tích tính chất chuyển động của vật trong những khoảng thời gian: từ 0 - latex( t_1), latex( t_1) - latex( t_2) và từ thời điểm latex( t_2) trở đi.
Ảnh
Giải
- Từ 0 – latex(t_1) : Nhanh dần đều, vật chịu tác dụng của trọng lực và lực cản không khí, tuy nhiên lực cản rất bé so với trọng lực. - Từ latex(t_1-t_2): Nhanh dẫn không đều, độ lớn lực cản tăng đáng kể và liên tục tăng khi vật rơi. - Từ latex(t_2) trở đi: Chuyển động đều với tốc độ giới hạn không đổi. Lực cản cân bằng với trọng lực.
Các giai đoạn
Hình vẽ
Từ đồ thị trong Hình 12.2, ta thấy khi xuất hiện lực cản của chất lưu, chuyển động rơi của vật không còn là chuyển động nhanh dần đều đơn giản mà được chia làm ba giai đoạn:
-Nhanh dần đều từ lúc bắt đầu rơi trong một thời gian ngắn. -Nhanh dần không đều trong một khoảng thời gian tiếp theo. Lúc này lực cản bắt đầu có độ lớn đáng kể và tăng dần. -Chuyển động đều với tốc độ giới hạn không đổi. Khi đó, tổng lực tác dụng lên vật rơi bị triệt tiêu.
Ảnh
Lưu ý
Hình vẽ
Lực cản của chất lưu được biểu diễn bởi một lực đặt tại trọng tâm vật, cùng phương và ngược chiều với chiều chuyển động của vật trong chất lưu. Lực cản này phụ thuộc vào hình dạng vật.
Ảnh
Luyện tập
Bài tập trắc nghiệm
Trong các trường hợp sau, trường hợp nào vật chịu tác dụng lực cản của nước?
A. Một chiếc ca nô đang neo đậu tại bến
B. Bạn An đang tập bơi
C. Một khúc gỗ đang trôi theo dòng nước chảy nhẹ
D. Một vật đang nằm lơ lửng cân bằng trong nước
2. SỰ PHỤ THUỘC CỦA LỰC CẢN KHÔNG KHÍ VÀO HÌNH DẠNG VẬT
Kết luận
Hình vẽ
Tuỳ thuộc theo mục đích sử dụng, người ta có thể thiết kế hình dạng của vật khác nhau để làm tăng hoặc giảm lực cản của không khí tác dụng lên vật.
Ảnh
Ví dụ
Ảnh
Ảnh
Lực cản tác dụng lên dù rất lớn
Thân hình cá heo có hình dạng đặc biệt, giúp giảm lực cản của nước
Thảo luận 3
Hình vẽ
3. Thực hiện thí nghiệm thả rơi hai tờ giấy giống nhau như Hình 12.4, trong đó một tờ được và tròn và một tờ được đề phẳng. So sánh chuyển động của hai tờ giấy này và dự đoán nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau đó.
Ảnh
Ảnh
Trả lời câu Thảo luận 3
Hình vẽ
Nguyên nhân: Diện tích tiếp xúc với không khí của tờ giấy được vo tròn nhỏ hơn tờ giấy phẳng do đó lực cản không khí tác dụng lên tờ giấy vo tròn bé hơn tờ giấy để phẳng. Luyện tập: Vật có hình khối lập phương chịu lực cản lớn nhất, vật có hình giọt nước đang rơi chịu lực cản bé nhất.
3. Luyện tập
Trò chơi
Bài kiểm tra tổng hợp
Chọn đáp án đúng
Các tàu ngầm thường được thiết kế giống với hình dạng của cả heo để - A. giảm thiểu lực cản - true - B. đẹp mắt - false - C. tiết kiệm chi phí chế tạo - false - D. tăng thể tích khoang chứa - false - false - false
Hình dạng nào của vật cho lực cản nhỏ nhất? - A. Khối cầu - false - B. Hình dạng khí động học - true - C. Khối lập phương - false - D. Khối trụ dài - false - false - false
Chọn phát biểu đúng - A. Độ lớn của lực cản càng lớn khi diện tích mặt cản càng nhỏ - false - B. Độ lớn của lực cản không phụ thuộc vào tốc độ của vật. - false - C. Vật đi càng nhanh thì lực cản của không khí càng nhỏ - false - D. Tờ giấy để phẳng rơi chậm hơn hòn đá khi cùng được thả từ trạng thái nghỉ trong không khí. - true - false - false
Mục 2
Ảnh