Bài tập file word Vật lí 10 kết nối Bài 19: Lực cản và lực nâng

BÀI 19: LỰC CẢN VÀ LỰC NÂNG

1. NHẬN BIẾT

Câu 1: Gió tác dụng vào buồm một lực có phương và chiều như thế nào?

Trả lời:

Gió tác dụng vào buồm một lực có phương song song với mạn thuyền, cùng chiều với chiều chuyển động của thuyền.

Câu 2: Lực cản của chất lưu phụ thuộc vào yếu tố nào?

Trả lời:

Lực cản của chất lưu phụ thuộc vào hình dạng của vật.

Câu 3: Vì sao đi lại trên bờ thì dễ dàng còn đi lại dưới nước lại khó hơn?

Trả lời:

Khi vật chuyển động trong nước, lực cản của nước lớn hơn lực cản của không khí.

Câu 4: Lực cản của nước tác dụng lên vật chuyển động trong nó sẽ ảnh hưởng như thế nào tới tốc độ của vật đó?

Trả lời:

Lực cản của nước tác dụng lên vật, làm chậm tốc độ di chuyển của vật.

Câu 5: Nêu định nghĩa của lực cản và lực nâng.

Trả lời:

Lực cản là lực ngăn chặn sự chuyển động, còn lực nâng là lực hỗ trợ vật trở lên trên.

Câu 6: Định luật nào của Newton liên quan đến lực nâng?

Trả lời:

Định luật thứ ba của Newton.

Câu 7: Khinh khí cầu hoạt động dựa trên nguyên tắc nào?

Trả lời:

Khi đốt khí bên trong nóng lên, nhẹ hơn và làm cho khí cầu bay lên.

Để điều chỉnh cho khí cầu di chuyển từ nơi này đến nơi khác mới cần chú ý đến sức gió của môi trường xung quanh.

Câu 8: “Lực mà lò xo tác dụng vào vật và lực mà vật tác dụng vào lò xo” Cặp lực này có phải là cặp lực cân bằng không? Giải thích?

Trả lời:

Hai lực này là 2 lực trực đối, không cân bằng vì có điểm đặt khác nhau.

2. THÔNG HIỂU

Câu 9: Tại sao khi ta đi xe máy trên đường, cần giảm tốc độ khi di chuyển lên dốc?

Trả lời:

Khi di chuyển lên dốc, lực cản tăng lên, và để vượt lực cản, ta cần giảm tốc độ.

Câu 10: Giải thích tại sao các hòn đá lớn dưới nước có thể nổi lên mặt nước.

Trả lời:

Do lực nâng của nước, hòn đá càng lớn, lực nâng càng lớn, giúp nó nổi lên mặt nước.

Câu 11: Thiết kế một công trình sử dụng lực nâng để giảm lực cản trong quá trình di chuyển.

Trả lời:

Có thể thiết kế một hệ thống lực nâng trên phương tiện di chuyển để giảm lực cản và tiết kiệm năng lượng.

Câu 12: Tại sao khi ô tô chạy nhanh trên đường, cần có lực cản gió?

Trả lời:

Lực cản gió tăng theo bình phương vận tốc, cần được vượt qua để ô tô duy trì tốc độ.

3. VẬN DỤNG

Câu 13: Một vật khối lượng 2,5 kg rơi thẳng đứng từ độ cao 100 m không vận tốc đầu, sau 20s thì chạm đất. Tính lực cản của không khí (coi như không đổi) tác dụng lên vật lấy g = 10 m/s2.

Trả lời:

Chọn trục tọa độ Oy gắn với quỹ đạo rơi của vật, gốc tọa độ tại mặt đất, chiều dương hướng xuống.

Phương trình chuyển động của vật:

[if gte msEquation 12]>y=h-12at2. y=0=>a=2ht2=2.100202=0,5 m/s2

Áp dụng biểu thức định luật II Newton:

[if gte msEquation 12]>P- Fc=ma=> Fc=mg-ma=mg-a=2,510-0,5=23,75 N

Câu 14: Một quả cầu khối lượng m = 1 kg, bán kính r = 8 cm. Tìm vận tốc rơi cực đại của quả cầu. Biết rằng lực cản của không khí có biểu thức F = kSv2 hệ số k = 0,024

Trả lời:

Trong quá trình rơi vật chịu tác dụng của [if gte msEquation 12]>PFc

[if gte msEquation 12]>P+ Fc=ma

[if gte msEquation 12]>P- Fc=ma ⟺P-kSv2=ma

Khi vật mới chuyển động, lực cản nhỏ, trong quá trình vật chuyển động, lực cản tăng dần.

Vận tốc của vật đạt giá trị cực đại khi [if gte msEquation 12]>P-kSv2=0

[if gte msEquation 12]>⇒vmax= PkS= mgkπr2= 1.100,024.π.0,082=143,96 m/s

Câu 15: Một người có thể bơi trong nước (khi nước không chảy thành dòng) với vận tốc 1,5 m/s. Người đó bơi trên một con sông, xuôi dòng từ điểm A đến điểm B sau đó bơi ngược lại từ B trở về. Biết tổng thời gian bơi là 2 phút và khoảng cách giữa A và B là 50 m. Vận tốc dòng chảy là?

Trả lời:

Gọi v là vận tốc của người đó khi nước không chảy,vn là vận tốc của dòng nước

Khi người đó bơi xuôi dòng, vận tốc bơi bằng: vx = v + vn => tx = [if gte msEquation 12]>ABvx=ABv+ vn

Khi người đó bơi ngược dòng, vận tốc bơi bằng: vng = v – vn => tng = [if gte msEquation 12]>ABvng=ABv+ vng

Tổng thời gian đã bơi là: t = tx + tng = [if gte msEquation 12]>ABv+ vn+ABv- vn=2.AB.vv2- vn2

[if !supportLists]ð   [endif]vn = [if gte msEquation 12]>v2-2.AB.vt= 1,52-2.50.1,52.60=1 m/s

Câu 16: Đề xuất cách nào để giảm lực cản gió đối với các phương tiện di chuyển nhanh.

Trả lời:

Có thể thiết kế các hình dạng mặt trước của phương tiện để giảm lực cản gió, sử dụng vật liệu nhẵn mịn.

Câu 17: Nêu các ứng dụng của lực nâng trong các phương tiện và công trình kỹ thuật.

Trả lời:

Lực nâng được sử dụng trong máy bay, thang máy, cầu dẫn, và nhiều ứng dụng khác.

4. VẬN DỤNG CAO

Câu 18: Một người nhảy dù có khối lượng tổng cộng 100 kg. Khi người đó mở dù, lực tác dụng của dù lên người là 2000 N hướng lên.

a) Biểu diễn các lực tác dụng lên người nhảy dù ngay khi mở dù.

[if gte vml 1]> 

Trả lời:

Trọng lượng của người dù P = 1000 N.

a) Hình bên.

b) Hợp lực tác dụng lên người nhảy dù hướng lên và có độ lớn

F= 1000 N.

[if gte vml 1]>  Câu 19: Con tàu trong hình bên đang chuyển động theo một hướng xác định với vận tốc không đổi.

a) Tại sao nói con tàu đang ở trạng thái cân bằng (hợp lực bằng 0)?

b) Xác định lực đẩy[if gte msEquation 12]>F1

c) Xác định lực cản [if gte msEquation 12]>F3

Trả lời:

a) Vì con tàu chuyển động theo một hướng xác định với vận tốc không đổi nên gia tốc của tàu a = 0. Do đó, tàu ở trạng thái cân bằng và hợp lực tác dụng F = 0.

b) F1 = 1000 kN.

c) F3 = 50 kN.

Câu 20: Một vật khối lượng 2,5 kg đang nằm yên trên mặt phẳng ngang thì chịu tác dụng của lực kéo 15 N theo phương ngang và bắt đầu chuyển động. Biết trong 1 phút đầu sau khi chịu tác dụng lực, vật đi được 2 700 m. Coi lực cản tác dụng vào vật không đổi trong quá trình chuyển động. Xác định độ lớn của lực cản tác dụng vào vật.

Trả lời:

[if gte msEquation 12]>a=2st2=2.2700602=1,5 m/s2

Fc = Fk – ma = 15 – 2,5.1,5 = 11,25 N