Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 19: Lực cản và lực nâng

Khởi động trang 77 Vật Lí 10: Một hãng ô tô sử dụng cùng loại động cơ cho hai chiếc xe 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 và tốc độ của vật.

b) Thí nghiệm 1: Thả rơi 2 tờ giấy giống nhau ở cùng độ cao, 1 tờ được vo tròn còn 1 tờ để phẳng thì thấy tờ vo tròn rơi nhanh hơn. Điều này chứng tỏ tờ được vo tròn chịu lực cản ít hơn tờ để phẳng. Suy ra lực cản phụ thuộc vào hình dạng của vật.

Thí nghiệm 2: Nếu chạy xe máy với tốc độ 60km/h thì bị gió tạt vào mặt làm rát mặt, còn nếu chạy 10 km/h thì không có cảm giác gió tạt vào mặt. Điều này chứng tỏ xe chạy với tốc độ lớn chịu lực cản của gió lớn hơn. Suy ra lực cản phụ thuộc vào tốc độ của vật.

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 ô tô B. Vì

- Xe A có hình dạng thuôn ở đầu hơn so với xe B

- Với cùng một loại động cơ, 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:

VD1: Những vận động viên khi đua xe thường cúi gập người xuống để giảm tối đa lực cản của không khí.

VD2: Nếu chạy xe máy với tốc độ cao thì bị gió tạt vào mặt làm rát mặt, còn nếu chạy chậm 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:

Những vật có hình dạng thuôn, nhỏ, nhọn ở đầu sẽ chịu lực cản của nước nhỏ 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 hướng từ dưới lên.

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

Lời giải:

Các lực tác dụng lên một 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:

Do máy bay đang bay ngang, tốc độ không đổi nên:

Lực nâng có độ lớn bằng trọng lực: F_n = P = 9,8.500.1000 = 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:

Lực cản có tác dụng như lực ma sát, ngược hướng chuyển động và cản trở chuyển động. Còn lực nâng giúp vật trong chất lưu chuyển động dễ dàng hơn.

Em có thể 1 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:

- Do lực cản phụ thuộc vào hình dạng và tốc độ của vật.

- Khi xe chạy với tốc độ lớn sẽ chịu tác dụng của lực cản không khí lớn hơn, để giảm được lực cản đó thì người ta sẽ thiết kế đầu xe ô tô có dạng thuôn, nhỏ để giảm thiểu lực cản.

Em có thể 2 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 hạ cánh hoặc cất cánh thì phương chuyển động của máy bay thay đổi liên tục nên phương của lực nâng và lực cản cũng thay đổi theo nhưng luôn đảm bảo theo nguyên tắc: lực nâng máy bay luôn vuông góc với phương chuyển động còn lực cản cùng phương, ngược chiều với chiều chuyển động.