Hình 26.3 mô tả vận động viên tham gia trượt ván trong máng. Bỏ qua mọi ma sát, hãy phân tích sự bảo toàn cơ năng của vận động viên này

Từ độ cao 15m so với mặt đất, một người ném một vật có khối lượng 1kg thẳng đứng lên trên với vận tốc ban đầu là 10m/s. Bỏ qua ma sát không khí. Lấy g=10m/s²

a. Chứng tỏ rằng vận tốc của vật không phụ thuộc vào khối lượng của nó.

b. Xác định độ cao cực đại mà vật có thể lên được ?

c. Xác định vận tốc của vật khi động năng gấp ba lần thế năng, vị trí vật khi đó ?

d. Khi rơi đến mặt đất do đất mềm nên vật đi sâu xuống đất một đoạn là 8cm. Xác định độ lớn của lực cản trung bình của đất tác dụng lên vật ?

a) Lực nào làm cho nước chảy từ đỉnh thác xuống dưới?

b) Lực nào sinh công trong quá trình này?

c) Động năng và thế năng của nó thay đổi như thế nào?

d) Hãy dự đoán về mối liên hệ giữa độ tăng động năng và độ giảm thế năng?

2. Từ một điểm ở độ cao h so với mặt đất, ném một vật có khối lượng m lên cao với vận tốc ban đầu v₀

a) Khi vật đi lên có những lực nào tác dụng lên vật, lực đó sinh công cản hay công phát động?

b) Trong quá trình vật đi lên rồi rơi xuống thì dạng năng lượng nào tăng, dạng năng lượng nào giảm? Hãy dự đoán về mối liên hệ giữa độ tăng của động năng và độ giảm của thế năng.

1. Trên Hình 26.1 là một phần đường đi của tàu lượn siêu tốc. Em hãy phân tích sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của tàu lượn trên từng đoạn đường.

2. Trong các quá trình  hoạt động của tàu lượn siêu tốc, ngoài động năng và thế năng còn có dạng năng lượng nào khác tham gia quá trình chuyển hóa?

a) Những lực nào sinh công? Công nào là công phát động, công nào là công cản?

b) Động năng và thế năng của vật thay đổi như thế nào?

2. Trả lời những câu hỏi trên trong quá trình vật chuyển động trên cung OB.

3. Nếu bỏ qua ma sát thì A và B luôn nằm trên cùng một độ cao. Hiện tượng này chứng tỏ điều gì?

Chế tạo mô hình minh họa định luật bảo toàn năng lượng

Dụng cụ: một viên bi, hai thanh kim loại nhẵn, hai giá đỡ có vít điều chỉnh độ cao.

Chế tạo: Dùng hai thanh kim loại uốn thành đường ray và gắn giá đỡ để tạo được mô hình như Hình 26.6.

Thí nghiệm:

- Thả viên bi từ điểm A trên đường ray.

- Viên bi có thể chuyển động tới điểm D không? Tại sao? Làm thí nghiệm kiểm tra.

1. Một vật được thả cho rơi tự do từ độ cao h = 10 m so với mặt đất. Bỏ qua mọi ma sát. Ở độ cao nào thì vật có động năng bằng thế năng?

2. Thả một vật có khối lượng m = 0,5 kg từ độ cao h₁ = 0,8 m so với mặt đất. Xác định động năng và thế năng của vật ở độ cao h₂ = 0,6 m. Lấy g = 9,8 m/s² .

Trong xây dựng, để có công trình bền vững thì cần xây nền móng chắc chắn bằng cách đóng những cọc bê tông đúc sẵn ngập sâu xuống nền đất. Mỗi máy đóng cọc đều có bộ phận búa máy được nâng lên nhờ sức thủy lực, hơi nước hoặc động cơ điêzen. Khi đạt tới điểm cao nhất, búa máy sẽ được thả cho rơi xuống, va chạm mạnh vào cọc bê tông và làm nó lún xuống (hình 2.1). Như vậy, búa máy khi ở trên cao có dự trữ năng lượng (thế năng) để sinh công làm dịch chuyển cọc. Động năng mà búa máy truyền sang cọc có liên hệ gì với khối lượng của búa máy và độ cao của nó trước khi thả rơi?

- Tìm từ thích hợp với chỗ ? Trong suy luận dưới đây:

Thế năng của búa máy càng ? thì lực của máy đóng cọc thực hiện công càng ?, cọc lún xuống càng sâu.

- So sánh thế năng trọng trường của vật ở độ cao h với công của người tác dụng lực nâng vật lên đến độ cao này

Phan-Xi-Păng là ngọn núi cao nhất trong ba nước Việt nam, Lào, Campuchia, được mệnh danh là “nóc nhà Đông Dương”. Lên đến đỉnh núi cao 3147 m này ước mơ của nhiều bạn trẻ.

Tính thế năng của người leo núi có khối lượng 70 kg khi leo lên đến đỉnh núi Phan-Xi-Păng

Từ liên hệ (i), (ii), hãy suy luận để rút ra kết luận: Động năng W_đ của vật có giá trị bằng công A của lực tác dụng lên nó.

Liên hệ (i): v² = 2as

Liên hệ (ii): F = ma

So sánh động năng của ô tô nặng 1000 kg chuyển động với tốc độ 4 m/s và động năng của xe máy năng 100 kg chuyển động với tốc độ 15 m/s

- Năng lượng hao phí trong quá trình toa tàu chuyển động tồn tại dưới dạng nào?

- Bạn chà xát hai bàn tay vào nhau liên tục cho đến khi lòng bàn tay ấm lên. Năng lượng nhiệt mà bạn cảm nhận được chuyển hóa từ dạng năng lượng nào?

Phân tích sự chuyển hóa động năng và thế năng của vật trong một số trường hợp đơn giản. Trong các trường hợp này có sự hao phí năng lượng không?

Bạn có thể sử dụng các trường hợp ở hình 2.4 hoặc tự đưa ra các tình huống khác.

Cơ năng là gì?

Điều kiện để cơ năng của vật được bảo toàn là gì?

Giải lại bài tập minh họa với m = 10 kg. Chứng minh rằng tốc độ lớn nhất của quả lắc không phụ thuộc vào khối lượng của nó.

Nhảy cầu là một môn thể thao. Vận động viên nhảy lên, đạt điểm cao nhất cách mặt nước 10 m, rồi rơi xuống. Trong quá trình rơi, vận động viên thực hiện các động tác nhào lộn đẹp mắt trước khi chạm nước (hình 2.6). Em hãy ước lượng tốc độ của vận động viên khi chạm nước. Nước trong bể có vai trò như thế nào trong việc đảm bảo an toàn cho vận động viên?

Một em bé có khối lượng 20 kg trượt từ đỉnh cầu trượt cao 2 m. Khi tới chân cầu trượt, em bé có tốc độ là 4 m/s. Cơ năng của em bé có bảo toàn không? Tại sao?

Lấy ví dụ về sự chuyển hóa từ năng lượng dự trữ thành năng lượng hoạt động trong cuộc sống và sản xuất nông nghiệp, công nghiệp.

Máy tời đang hoạt động với công suất 1000 W đưa 100 kg vật liệu lên đều tới độ cao 16 m trong 20 s. Tính hiệu suất của máy tời.

Với mỗi động cơ ở bảng 2.1, chỉ ra dạng năng lượng cung cấp, dạng năng lượng có ích tạo ra, dạng năng lượng hao phí tạo ra và biểu diễn dưới dạng lược đồ như hình 2.7.

Tại sao cần tắt điều hòa, tắt đài, tắt đèn trong ô tô khi ô tô đang đi trên đường mà gần hết xăng.

Chế tạo mô hình đơn giản và minh họa định luật bảo toàn năng lượng, liên quan đến một số dạng năng lượng khác nhau.

Thả quả bóng bàn rơi xuống sàn nhà cứng. Quan sát và mô tả chuyển động của quả bóng bàn cho đến khi nó nằm yên trên mặt sàn. Phân tích sự bảo toàn và chuyển há năng lượng trong suốt quá trình bạn quan sát được.

Một chiếc xe với khối lượng m = 10,0 tấn, chuyển động trên mặt đường nằm ngang với vận tốc không đối v = 40,0 km/h. Biết gia tốc rơi tự do g = 9,80 m/s².

a) Tính lực mà mặt đường tác dụng lên xe.

b) Tính công của lực mà mặt đường tác dụng lên xe.

Một vật có khối lượng m = 100 g được thả rơi tự cao H = 20,0 m so với mặt đất (được chọn làm mốc thế năng). Biết gia tốc rơi tự do g = 9,80 m/s².

a) Tính cơ năng của vật.

b) Tính độ lớn vận tốc tiếp đất của vật.

c) Khi động năng của vật gấp ba lần thế năng của nó thì vật cách mặt đất một khoảng bằng bao nhiêu?

Một vật khối lượng m = 200 g được ném thẳng đứng lên trên với vận tốc ban đầu vo = 15,0 m/s từ một điểm có độ cao h = 20,0 m so với mặt đất nằm ngang (làm mốc thế năng). Biết rằng gia tốc rơi tự do tại nơi ném vật là g = 9,80 m/s². Vật đạt độ cao cực đại so với mặt đất là H = 30,0 m và tiếp đất với vận tốc v = 22,0 m/s.

a) Tính cơ năng ban đầu của vật.

b) Tính cơ năng của vật khi nó đạt độ cao cực đại so với mặt đất và khi nó tiếp đất.

c) Tính công mà vật thực hiện lên không khí trong giai đoạn vật đi lên và trong giai đoạn vật rơi xuống.

Động cơ xăng của ô tô có hiệu suất là 27%. Điều này có ý nghĩa là chỉ 27% năng lượng được lưu trữ trong nhiên liệu của ô tô được sử dụng để ô tô chuyển động (sinh công thẳng lực ma sát).

a) Biết một lít xăng dự trữ năng lượng 30MJ. Năng lượng trong một lít xăng mà ô tô sử dụng được để chuyển động là bao nhiêu MJ?

b) Một ô tô dùng 1 lít xăng đi được 7 km với vận tốc không đổi 10 m/s. Tính độ lớn lực ma sát tác dụng lên ô tô.

Một ô tô mô hình được thả nhẹ từ trạng thái nghỉ từ độ cao h của một cái rãnh không ma sát. Rãnh được uốn thành đường tròn có đường kính D ở phía cuối như trên Hình 26.1. Ô tô này trượt trên rãnh được cả vòng tròn mà không bị rơi. Giá trị tối thiểu của h là

A. \(\frac{{5D}}{4}\).     A. \(\frac{{3D}}{2}\).     A. \(\frac{{5D}}{2}\).          A. \(\frac{{5D}}{3}\).