Bài 1:
Một tàu thủy neo cố định tại một điểm trên đường xích đạo. Đối với trục quay của Trái Đất thì tàu thủy có chuyển động không? Chuyển động đó như thế nào? Nếu có thì chu kỳ của nó là bao nhiêu? [3]
Đối với học sinh lớp 10 đã nắm vững kiến thức về sự quay của trái đất vận dụng kiến thức đó và kiến thức từ bài học các em có thể suy luận ra kế quả.
Bước 1: Tìm hiểu đầu bài, nắm vững giả thiết của bài tập
Qua đề bài cần phân tích chuyển động của tàu thủy giống như một chất điểm trên đường tròn đang quay đều. Chu kì của tàu là thời gian tàu đi hết một vòng tròn.
Bước 2: Phân tích hiện tượng
Tàu neo cố định tức là không chuyển động so với trái đất mà Trái Đất lại quay tròn, lúc này tàu sẽ chuyển động tròn đều. Trái đất đều quay quanh trục của nó với chu kỳ riêng, chu kỳ của nó bằng với chu kỳ của tàu.
Bước 3 Xây dựng lập luận và suy luận kết quả
Chuyển động tròn đều có quỹ đạo là một đường tròn trong đó vật đi được những quãng đường bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau bất kì. Trái Đất quay tròn đều. Vì vậy, tàu thủy cũng chuyển động tròn đều.
Chu kì của chuyển động tròn đều là thời gian cần thiết để vật đi được một vòng, chu kỳ Trái Đất là 24 h. chu kỳ của tàu thủy bằng với chu kỳ Trái Đất. Chu kỳ của tàu thủy là 24h.
Không riêng vì tàu thủy tất cả nhũng vật cố định như nhà, cây cối… cũng chuyển đông tròn đều theo chu kỳ quay của Trái Đất, trừ điểm cực bắc và cực nam của Trái Đất.
Bài 2:
Một máy tiện đang hoạt động, trục của máy tiện quay rất nhanh. Nếu dùng một bút bi và một chiếc đồng hồ bấm giây hãy nêu phương án để xác định tố độ của trục quay?
Bài tập liên quan với thực tế nếu các em chưa gặp máy tiện thì giáo viên hướng dẫn thêm. Yêu cầu của bài chỉ cần hình dung được có một trục đang quay và xác định tốc độ của nó. Đối với bài tập này các em có rất nhiều ý tưởng nên có thể hướng dẫn các em làm theo bước sau:
Bước 1: Tìm hiểu đầu bài, nắm vững giả thiết của bài tập
Trục quay của máy tiện quay tròn với vận tốc góc lớn. Bút bi dùng để vẽ và vạch lên những đường trên trục quay. Đồng hồ bấm giây dùng để đo thời gian. Với các dụng cụ đó kết hợp với kiến thức đã học các em có thể xác định được vận tốc của trục tức là xác định số vòng/giây
Bước 2: Phân tích hiện tượng
Giống như bài tập quỹ đạo của viên bi chuyển động trên máng thẳng từ tâm của một cái đĩa đang quay ra ngoài thì quỹ đạo của bi đối với đĩa là đường xoắc ốc. Bài tập này nếu ta dùng bút vẽ dọc theo trục một đường thẳng thì vết mực tạo trên trục có dạng xoắc có nhiều vòng giống như hình của lò xo. Ta có thể đếm được số vòng trên đó khi máy dừng lại. Dùng đồng hồ xác định thời gian mà ta vạch tức là thời gian để trục tạo nên số vòng trên trục.
Bước 3 Xây dựng lập luận và suy luận kết quả
Vận tốc góc của chuyển động tròn là n
t
ω = .( n là số vòng, t là thời gian). vết mực tạo trên trục có dạng xoắc có nhiều vòng có được n. thời gian để
trục tạo nên vòng đó là t: vận tốc góc của trục quay máy tiện là: n
t
ω = (vòng/ giây)
Bước 4: Biên luận
Vận tốc góc trong chuyển động tròn là số n
t
ω = (vòng/ giây)
Bài 3: [1]
Quan sát những tia lửa đỏ (Thực chất là những hạt bụi đá mài) bắn ra khi mài một vật kim loại trên một đá mài quay tròn, hình ảnh đó cho ta liên tưởng đến đại lượng vật lý nào của chuyển động tròn?
Lời giải
Vận tốc dài có phương tiếp tuyến với quỹ đạo. Vậy, qua hiện tượng ta có liên tương đến đại lượng vận tốc trong chuyển động tròn đều.
Bài 4. [1]
Làm thế nào để đo đường kính của một quả bóng đá chỉ bằng một chiếc thước cứng thẳng?
Lời giải
Một quả cầu lăn trên một mặt phẳng được trọn một vòng sẽ đi được một quãng đường đúng bằng chu vi vòng tròn lớn của nó.
Bài 5:
Hãy giải thích tại sao gia tốc hướng tâm lại đặc trưng cho sự biến đổi về phương của vận tốc?
2.1.3.6 Tương đối của chuyển động. Công thức công vận tốc
Bài 1
Khi ngồi trên tàu, xe đạng chạy trong mưa ta thấy các giọt mưa rơi xiên và đập vào mặt ta. Hay ngồi trong ôtô có cửa kính thì ta thấy các giọt mưa rơi xiên đập vào cửa kính theo những đường cong kể cả khi trời lặng gió. Lẽ ra khi
lặng gió các giọt mưa phải rơi theo đường thẳng đứng, vậy tại sao lại có hiện tượng vô lí trên?
Bài tập giải thích hiện tượng:
Hiện tượng hạt mưa rơi nếu ngồi trúc mưa và trời không có gió thì hạt mưa rơi thẳng đứng, khi ngôi trên xe đang chuyển động thì thấy quỹ đạo lại khác một hiện tượng khá thú vị trong đời sống mà các em thường hay gặp.
Hiện tượng rất quen thuộc các em có thể quan sát dược hoặc đã gặp chỉ cần liên tưởng đén quy tắc vật lý nào chia phối thôi. Tiến hành hướng dẫn học sinh theo các bước sau:
Bước 1: Tìm hiểu đầu bài, nắm vững giả thiết của bài tập
Người ngồi trên xe nên người và xe cùng một hệ quy chiếu, cả hai cung chuyển động. các giọt mưa rơi xiên đập vào cửa kính theo những đường cong tức là quỹ đạo chuyển động là đường cong. Điều mà đề bài cho là nghịch lý là sao hạt mưa lạ có hai dạng quỹ đạo khác nhau như vậy.
Bước 2: Phân tích hiện tượng
Thực ra chẳng có gì là vô lí cả, mà mà do ta đã so sánh chúng trong hai hệ qui chiếu khác nhau nên mới có sự lẫn lộn đó. Trong hệ qui chiếu gắn với mặt đất thì các giọt mưa là rơi thẳng đứng khi trời lặng gió. Còn trong hệ qui chiếu của những người quan sát thấy hiện tượng giọt mưa rơi xiên là hệ qui chiếu gắn liền với xe đang chuyển động với vận tốc v theo phương ngang. Do đó, hệ này sẽ chuyển động với vận tốc −vr so với hệ gắn mặt đất.
Bước 3 Xây dựng lập luận và suy luận kết quả
Hình dạng quỹ đạo của chuyển động trong các hệ quy chiếu khác nhau thì khác nhau.Vận tốc có tính tương đối.
Vận tốc của giọt mưa là sự tổng hợp của vận tốc hai chuyển động : chuyển động thẳng đứng với vận tốc u tăng dần theo thời gian có gia tốc g và một chuyển động theo phương ngang với vận tốc −vr nên vận tốc tổng hợp: .
th
vr = − u vr r. Vận tốc vrth tại mỗi thời điểm có phương hợp với phương thẳng đứng một góc : tg v
u
α = . Chính vì vậy, người ngồi trong xe thấy mưa rơi xiên.
Bước 4: Biên luận
Khi các hệ quy chiếu khác nhau thì tính chất chuyển động không giống nhau, cùng thời gian khi ta thuộc hệ quy chiếu này mà xét đến vật thì khi đứng ở hệ quy chiếu khác thi không thể sử dụng tích chất chuyển cũ được
Cách giải khác:
Khi không có gió, những giọt mưa rơi theo phương thẳng đứng so với đất , nhưng lại rơi theo phương xiên đối với người lái xe máy .
Gọi vrmd,vrnd,vrmn là vận tốc của giọt mưa , vận tốc của người so với đất , vận tốc của giọt mưa so với người đi xe .
vrmn =vrmd +vrdn
Ta thấy nếu so với người giọt mưa sẽ rơi thì giọt mưa sẽ rơi theo phương xiên.
Bài 2:
Hai ôtô chuyển động cùng hướng trên một đường thẳng. Khi ôtô thứ nhất vượt qua ôtô thứ hai, người ngồi trên ôtô thứ nhất thấy ôtô thứ hai dường như chạy giật lùi. Hãy giải thích tại sao?
Bài tập giải thích
Giải thích hiện tượng khá quen thuộc như dự trên cơ sở lý thuyết sẽ lam rõ bản chất của bài học. hướng dẫn học sinh giải và lập luận như sau:
Bước 1: Tìm hiểu đầu bài, nắm vững giả thiết của bài tập
Hai ô tô chuyển động cùng hướng tức là vecto vận tốc xe thứ nhất vur1
cùng phương, cùng chiều với vuur2 của xe thứ hai trên một đường thẳng. Ôtô thứ nhất vượt qua ôtô thứ hai tức là ôtô một chuyển động nhanh hơn ô tô hai.
Bước 2: Phân tích hiện tượng
Do ôtô thứ nhất chuyển động nhanh hơn so với ôtô thứ hai nên khoảng cách từ ôtô thứ nhất đến ôtô thứ hai ngày càng tăng. Người ngồi trên ôtô thứ nhất đứng yên so so với ôtô thứ nhất và ô tô thứ nhất mỗi lúc càng xa ô tô thứ hai. Người quan sát và ô tô thứ hai thuộc hai hệ quy chiếu khác nhau tính tương đối đã gây nên cảm giác đó.
Bước 3 Xây dựng lập luận và suy luận kết quả
Chuyển động có tính tương đối. Để biểu diễn tính tương đối của chuyển động, cần xét chuyển động trong các quan hệ quán tính khác nhau chuyển động đối với nhau, kết quả của nó là định lí cộng vận tốc và x x v y y1, 2 à , ...1 2
nên người trên ô tô thứ nhất thấy ôtô thứ hai ngày càng lùi ra xa so với người đó.
Bước 4: Biên luận
Tính tương đối của chuyển động làm cho nó phong phú hơn khi ta chọn các hệ quy chiếu khác nhau. Cũng tương tự giáo viên cũng có thể mở rộng “ một phi công có thể bắt lấy viên đạn”….
Bài 3:
Một con sông có hai bờ song song nhau và cách nhau một khoảngl. Vận tốc dòng chảy trên toàn bộ mặt sông giả sử là như nhau và bằng ur. Tìm vận tốc tối thiểu vuuurmincủa thuyền đối với nước để từ điểm A thuyền tới được điểm B ở bờ bên kia, nằm phía dưới A theo dòng chảy một khoảng bằng S ?
Bài tập dự đoán.
Những hiện tượng mà các em có thể ứng dụng khi ra khỏi lớp học. và có đủ kiến thức giải quyết những kinh nghiệm vượt sông.
Thông thường vận tốc chảy của nước trên dòng sông là khác nhau ở đây đề bài bỏ qua sự khác nhau đó. vận tốc tối thiểu vuuurmincủa thuyền đối với nước tức là vận tốc tương đối giữa hai đối tượng là nhỏ nhất.
Bước 2: Phân tích hiện tượng
Ta phải hình dung chuyển động của thuyền được xét trong hệ qui chiếu nào và nó chuyển động như thế nào? Vì thuyền cần phải tới bờ bên kia nên để đơn giản ta xét hệ qui chiếu gắn với ờ sông là hệ qui chiếu quán tính đứng yên. Lúc này, chuyển động của thuyền đối với bờ là sự tổng hợp chuyển động của thuyền đối với nước và của nước đối với bờ (hay vận tốc dòng chảy) :
Vur r r= +v u với u,v có giá trị không đổi trong suốt quá trình chuyển động.
Bước 3 Xây dựng lập luận và suy luận kết quả
Sử dụng các công thức cộng vận tốc.giải quyết từng yêu câu như sau: Thuyền xuất phát từ A, thuyền muốn sang bờ
bên kia ở B thì vận tốc Vurcủa thuyền đối với bờ phải có hướng AB . Hướng của Vur và ur luôn xác định
trong quá trình chuyển động nên vrcó giá trị nhỏ nhất khi vr⊥Vur Từ đó, áp dụng hệ thức của tam giác đồng dạng, ta được
min 2 1 1 u v = s +
Trong đó, ur có độ lớn và hướng không đổi, Vurcó hướng xác định từ điều kiện thuyền phải đến bờ bên kia đúng điểm B, khi đó vr có độ lớn không đổi nhưng để giá trị của vr cực tiểu thì phải hướng vuông góc ur.
Bước 4: Biên luận
Các công thức tính và biến đổi toán học rất cần thuyết trong tìm ra một điều kiện gì đó. Vậy khi bơi thuyền sang sông để vận tốc của thuyền nhỏ nhất so với nước thì bơi thẳng qua.
Ban ngày và ban đêm , khi nào chúng ta chuyển động quanh Mặt Trời nhanh hơn? Theo bạn có trường hợp như vậy không ? Hãy giải thích .
Lời giải :
Trong hệ Mặt Trời chúng ta thực hiện hai chuyển động đồng thời : quay quanh trục của Trái Đất và cùng với Trái Đất quay quanh Mặt Trời . Vào nửa đêm vận tốc quay cộng thêm vào vận tốc tịnh tiến của Trái Đất ( vì cùng hướng ) còn vào giữa trưa thì ngược lại hai vận tốc trừ lẫn nhau . Vậy vào lúc nửa đêm chúng ta chuyển động trong hệ Mặt Trời nhanh hơn lúc trưa . Điều này quả thật đã xảy ra đối với chúng ta .
Bài 5 : [2]
Quan sát một bánh xe đạp đang lăn trên đường ta thấy các nan hoa ở phía trên trục quay đang quay như hoà vào nhau, trong khi đó ta lại có thể phân biệt từng nan hoa ở phần dưới của trục bánh xe. Hãy giải thích?
Vận tốc có tính tương đối, chuyển động của nan hoa bánh xe cũng có tính tương đối. Vì vận tốc so với đất của các điểm bên dưới trục quay nhỏ hơn vận tốc những điểm bên trên trục quay.
Bài tập tham khảo:
Bài 1
Hai chất điểm chuyển động với vận tốc lần lượt là v vur uur1, 2theo hai phương vuông góc và cùng hướng về điểm giao nhau O. Tìm khoảng cách ngắn nhất giữa hai chất điểm?
Bài 2:
Lấy một hòn đá,viên gạch đập vụn ra thành những hạt nhỏ và thả rơi xuống. Chúng có rơi nhanh như khi hòn đá còn nguyên vẹn rơi không? Vì sao?
Bài 3: [2]
Từ đỉnh của một cái tháp người ta ném 4 hòn đá với vận tốc như nhau: Một hòn ném thẳng đứng lên trên, hòn thứ 2 ném thẳng đứng đứng xuống dưới, hòn thứ 3 ném sang bên phải theo phương nằm ngang, hòn thứ 4 ném sang bên trái theo phương nằm ngang. Hình tứ giác, mà mỗi đỉnh là một hòn đá
trong thời gian rơi, sẽ có dạng như thế nào? Trong khi tính bỏ qua sức cản của không khí.
Lời giải
Trông quá trình rơi mọi vật đều có gia tốc như nhau. Những hòn đá ném cũng rơi như nhau . Vậy chúng nằm trên các đỉnh của một hình vuông.
Bài 4:
Trong khí quyển, hạt mưa to hay hạt mưa nhỏ rơi nhanh hơn? Lời giải
Mội vật đều rơi nhau nhau nếu là rơi tự do, hạt mưa rơi trong khí quyển có sức cản của không khí. Lực cản của không khí đáng kể so với khối lượng của nó nếu hạt mưa là hạt nhỏ. Vậy hạt mưa to rơi nhanh hơn
Bài 5:
. Quan sát một bánh xe đạp đang lăn trên đường ta thấy các nan hoa ở phía trên trục quay đang quay như hoà vào nhau, trong khi đó ta lại có thể phân biệt từng nan hoa ở phần dưới của trục bánh xe. Hãy giải thích?
6. Trong những thí nghiệm chế tạo đạn của ngành kĩ thuật quân sự người ta thấy viên đạn hình nón luôn bay xa hơn viên đạn hình cầu trong những điều kiện như nhau. Hãy giải thích tại sao?
7. Một khẩu súng tiểu liên đặt nòng súng theo phương ngang. Khi súng bắn ra một viên đạn, cái gì sẽ rơi xuống đất trước: đầu đạn hay vỏ đạn (catút)? Bỏ qua sức cản của không khí.
8. Một cậu bé từ trong toa xe lửa đang chuyển động, ném ra theo phương
ngang một mẩu phấn theo hướng ngược với hướng chuyển động của tàu với tốc độ bằng tốc độ của tàu. Viên phấn sẽ chuyển động thế nào đối với tàu và đối với người
đứng dưới đất?
2.1.4 Ý nghĩa
Trong đời sống có rất nhiều dạng chuyển động, nó rất gần với học sinh và dường như rất dễ dàng. Tuy nhiên, nghiên cứu về những chuyển động cụ thể xác định theo những định luật vật lý thì rất khó khăn. Để khảo sát một chuyển
động cần xét đến tọa độ, hướng của vecto.. Sử dụng hệ quy chiếu mốc thời gian có ý nghĩa rất quan trọng . Trong đời sống các hiện tượng tồn tại khách quan và