Bài 19: Lực cản và lực nâng | Giải bài tập Vật lý 10 | Chương 3: Động Lực Học - Lớp 10 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Khởi động trang 77 Vật Lí 10: Một hãng ô tô sử dụng cùng loại động cơ cho hai chiếc ô tô A và B có khối lượng như nhau. Khi cho hai ô tô này chạy thử nghiệm trên cùng quãng đường 100 km, với cùng tốc độ 72 km/h, các kĩ sư thấy rằng ô tô A tiêu thụ ít nhiên liệu hơn nhiều so với ô tô B.

Tại sao lại có sự khác biệt như vậy?

Lời giải:

Có sự khác biệt như vậy là do 2 ô tô này có thiết kế khác nhau nên chịu lực cản của không khí là khác nhau. Ô tô A chịu lực cản nhỏ hơn nên tiêu thụ ít nhiên liệu hơn so với ô tô B.

I. Lực cản của chất lưu

Hoạt động trang 77 Vật Lí 10:

a) Bằng cảm nhận trực giác, em thử đoán xem độ lớn của lực cản phụ thuộc vào những yếu tố nào?

b) Em hãy tìm những thí nghiệm để chứng minh cho những dự đoán của em.

Lời giải:

a) Theo em, độ lớn của lực cản phụ thuộc vào hình dạng (diện tích tiếp xúc) và tốc độ của vật.

b)

- Thí nghiệm chứng minh lực cản phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc của vật với không khí.

Ta lấy 2 tờ giấy giống hệt nhau, 1 tờ giấy vo tròn, 1 tờ giấy để phẳng cùng thả ở độ cao h. Quan sát quá trình vật rơi ta thấy, tờ giấy vo tròn rơi nhanh hơn tờ giấy để phẳng, do tờ giấy để phẳng có diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí lớn hơn nên chịu lực cản không khí lớn hơn và rơi chậm hơn tờ giấy vo tròn.

- Thí nghiệm chứng minh lực cản phụ thuộc vào tốc độ của vật.

Khi ta đi nhanh trên đường bằng xe máy ta thấy gió tạt vào mặt mạnh hơn khi ta đi chậm trên đường bằng chiếc xe đạp.

Câu hỏi 1 trang 77 Vật Lí 10: Trong hình ở phần mở đầu bài học, ô tô nào chịu lực cản nhỏ hơn?

Lời giải:

Trong hình ở phần mở đầu bài học, ô tô A chịu lực cản nhỏ hơn. Vì:

- Hình dạng của xe A mềm mại hơn, có hình dạng khí động học giúp diện tích mặt tiếp xúc với không khí nhỏ hơn.

- Với cùng một loại động cơ, cùng khối lượng, đi cùng quãng đường và cùng một tốc độ thì ô tô A tiêu thụ ít nhiên liệu hơn so với ô tô B.

Câu hỏi 2 trang 77 Vật Lí 10: Nêu thêm một số ví dụ chứng tỏ lực cản của không khí liên quan đến hình dạng và tốc độ của vật.

Lời giải:

Ví dụ 1: Vận động viên đua xe đạp khi cần tăng tốc họ thường gập người về phía trước để giảm lực cản của không khí lên cơ thể, cũng như mũ của họ cũng có hình dạng đặc biệt.

Ví dụ 2: Nếu chạy xe máy với tốc độ 50 km/h thì bị gió tạt vào mặt làm rát mặt, còn nếu chạy 20 km/h thì không có cảm giác gió tạt vào mặt.

Hoạt động trang 78 Vật Lí 10: Quan sát Hình 19.2 và thảo luận để làm sáng tỏ về lực cản của nước phụ thuộc vào hình dạng của các vật chuyển động trong nước như thế nào.

Lời giải:

Vật chuyển động trong nước có hình dạng phần đầu thon, nhỏ - đó là hình dạng khí động học.

Vật có hình dạng đó khi chuyển động trong nước sẽ làm giảm lực cản của nước đáng kể lên vật, giúp vật chuyển động với tốc độ nhanh hơn.

II. Lực nâng của chất lưu

Câu hỏi 1 trang 79 Vật Lí 10: Chuồn chuồn có thể bay lượn trong không trung. Tại sao chúng không bị rơi xuống đất do trọng lực (Hình 19.5b)?

Lời giải:

Chuồn chuồn có thể bay lượn trong không trung mà không bị rơi xuống đất do trọng lực bởi vì khi bay, ngoài trọng lực chuồn chuồn còn chịu tác dụng của lực nâng không khí.

Chuồn chuồn có thể thay đổi lực nâng bằng cách bay nghiêng hoặc đập cánh.

Câu hỏi 2 trang 79 Vật Lí 10: Biểu diễn các lực tác dụng lên một khinh khí cầu đang lơ lửng trong không khí (Hình 19.5a).

Lời giải:

Các lực tác dụng lên một khinh khí cầu đang lơ lửng trong không khí được biểu diễn như sau:

Câu hỏi 3 trang 79 Vật Lí 10: Hình 19.6 biểu diễn các vectơ lực tác dụng lên một máy bay đang bay ngang ở độ cao ổn định với tốc độ không đổi. Nếu khối lượng tổng cộng của máy bay là 500 tấn thì lực nâng có độ lớn bao nhiêu?

Lời giải:

Đổi 500 tấn = 5.10⁵ kg.

Máy bay đang bay ngang với tốc độ không đổi. Khi đó:

Lực nâng có độ lớn bằng trọng lực và bằng:

F_nâng = P = 9,8.5.10⁵ = 49.10⁵ N

Câu hỏi 4 trang 79 Vật Lí 10: Nêu những điểm khác biệt giữa lực cản và lực nâng.

Lời giải:

Những điểm khác biệt giữa lực cản và lực nâng:

Em có thể trang 79 Vật Lí 10: Giải thích tại sao các phương tiện giao thông tốc độ cao lại cần có hình con thoi.

Lời giải:

- Lực cản phụ thuộc vào hình dạng và tốc độ của vật. Khi xe chạy với tốc độ cao thì lực cản tác dụng lên xe lớn, muốn giảm lực cản này ta cần thay đổi hình dạng của xe. Các kĩ sư đã nghiên cứu và chứng minh được rằng, xe được thiết kế hình con thoi sẽ giảm được lực cản nhiều nhất. Do đó, các phương tiện giao thông tốc độ cao cần có hình con thoi.

Em có thể trang 79 Vật Lí 10: Chỉ ra được lực nâng và lực cản khi máy bay hạ cánh hoặc cất cánh.

Lời giải:

Khi máy bay cất cánh, phần trước máy bay hướng lên, khi đó lực nâng tăng dần, giúp cho máy bay chuyển động lên cao hơn. Ngược lại khi máy bay hạ cánh thì phần đầu máy bay hơi hướng xuống, lực nâng khi đó giảm dần giúp cho máy bay hạ thấp độ cao dần dần cho đến khi tiếp xúc với đường băng.