Giáo án điện tử vật lí 10 chân trời bài 12: Chuyển động của vật trong chất lưu

CHÀO MỪNG CÁC EM ĐẾN VỚI TIẾT HỌC HÔM NAY!

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?

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

BÀI 12.

CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT TRONG CHẤT LƯU.

NỘI DUNG BÀI HỌC

Chuyển động rơi của vật

Sự phụ thuộc của lực cản không khí vào hình dạng vật.

1. Chuyển động của vật rơi trong trường trọng lực đều khi có lực cản của không khí.

Em hãy cho biết khi vật chuyển động rơi thì:

• Sẽ có những lực nào tác động lên vật?
• Đại lượng nào của vật sẽ thay đổi theo thời gian?
• Khi vật chuyển động rơi, vật sẽ bị tác động bởi trọng lực và lực cản của không khí.
• Tốc độ rơi của vật sẽ thay đổi theo thời gian hay nói cách khác là đại lượng gia tốc sẽ thay đổi.
• Như vậy khi vật chuyển động rơi sẽ liên quan đến sức cản của không khí, em có muốn biết thêm điều gì xoay quanh vấn đề này không?
• Khi vật chuyển động rơi sẽ liên quan đến sức cản của không khí, vậy thì: sức cản của không khí có ảnh hưởng đến tốc độ rơi của vật không? Nếu có thì sẽ ảnh hưởng như thế nào?

Thảo luận nhóm

Thảo luận 1: Dựa vào đồ thị ở hình 12.2, phân tích tính chất chuyển động của vật trong những khoảng thời gian: từ 0 - ;  và từ thời điểm  trở đi.

Trả lời

Phân tích tính chất chuyển động của vật trong những khoảng thời gian

• Khoảng thời gian từ 0-  : chuyển động nhanh dần đều. Vật chịu tác dụng của trọng lực và lực cản của không khí, tuy nhiên lực cản rất bé so với trọng lực.
• Khoảng thời gian từ  : chuyển động nhanh dần không đều. Độ lớn lực cản tăng đáng kể và liên tục tăng khi vật rơi.
• Khoảng thời gian từ  trở đi : chuyển động đều với tốc độ giới hạn không đổi. Lực cản cân bằng với trọng lực.

→ Khi xuất hiện lực cản của chất lưu, chuyển động rơi của vật không còn là chuyển động nhanh dần đều nữa mà sẽ trải qua 3 giai đoạn khác nhau.

Thảo luận 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.

• Mô tả chuyển động của viên bi: Chuyển động của viên bi sẽ trải qua 3 giai đoạn:
• 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 trọng lực.
• Lực cản của chất lưu được biểu diễn như thế nào? Và nó phụ thuộc vào yếu tố nào của vật?
• 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.
• 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

Trả lời:

Chuyển động của vận động viên nhảy dù từ khi bắt đầu nhảy khỏi máy bay đến khi chạm đất:

• Giai đoạn 1: Chậm dần không đều khi lực cản của không khí tác dụng vào vận động viên và dù lớn hơn trọng lực tác dụng lên hệ. Khi này tốc độ rơi của vận động viên sẽ giảm làm lực cản cũng giảm.
• Giai đoạn 2: Lực cản giảm đến giá trị độ lớn để cân bằng với trọng lực. Khi này, vận động viên sẽ chuyển động đều với tốc độ giới hạn không đổi. Tốc độ này đủ nhỏ đảm bảo vận động viên có thể tiếp đất an toàn.

LƯU Ý

• Sau khi vật chuyển động đều, nếu có thêm tác nhân làm tăng lực cản của chất lưu thì vật sẽ chuyển động chậm dần. Tốc độ rơi của vật giảm dần, lực cản cũng giảm đến khi tổng lực tác dụng lên vật lại bị triệt tiêu và vật trở lại trạng thái chuyển động đều.
• Mọi chất lưu đều tác dụng lực cản vào vật chuyển động. Lực này tăng khi tốc độ của vật tăng và không đổi khi vật chuyển động đạt tốc độ giới hạn. Khi đó các lực tác dụng vào vật cân bằng nhau và vật chuyển động thẳng đều.