I. Lý thuyết trọng tâm

1. Thí nghiệm về lực cản của nước

Tàu ngầm di chuyển dưới nước có tốc độ nhỏ hơn nhiều so với máy bay bay trên không. Một trong những nguyên nhân chính là tàu ngầm chịu lực cản của nước rất lớn khi di chuyển.

Thí nghiệm (Hình 45.1):

Dụng cụ: Hộp thuỷ tinh hình chữ nhật, xe lăn có gắn tấm cản, đường ray, ròng rọc cố định, dây mảnh, lực kế lò xo (GHĐ 5 N), phễu rót nước, van xả nước.

Tiến hành:

• Bước 1: Lắp dụng cụ khi chưa có nước trong hộp. Kéo từ từ lực kế theo phương thẳng đứng để xe lăn chuyển động ổn định. Đọc và ghi số chỉ lực kế.
• Bước 2: Cho nước vào hộp, lặp lại thí nghiệm như bước 1. Đọc và ghi số chỉ lực kế.

Kết quả: Khi có nước trong hộp, số chỉ lực kế lớn hơn so với khi chưa có nước.

Giải thích: Khi có nước, nước tác dụng lực cản lên tấm cản gắn trên xe lăn, cản trở chuyển động của xe. Do đó cần lực kéo lớn hơn để xe chuyển động ổn định, nên số chỉ lực kế lớn hơn.

Kết luận: Các vật chuyển động trong nước đều chịu tác dụng của lực cản.

Ví dụ về lực cản của nước trong đời sống: Khi lội nước, ta cảm thấy di chuyển rất khó khăn so với khi đi trên đất liền vì nước tác dụng lực cản lên cơ thể. Khi bơi, người bơi phải dùng tay chân để tạo lực đẩy thắng lực cản của nước.

2. Lực cản của nước phụ thuộc yếu tố nào?

Lực cản của nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Một trong những yếu tố quan trọng là diện tích mặt cản: độ lớn lực cản của nước càng mạnh khi diện tích mặt cản càng lớn.

Cách kiểm chứng: Dùng hai tấm cản có kích thước khác nhau đẩy trong nước. Tay đẩy tấm cản có diện tích lớn hơn sẽ cảm thấy nặng hơn (khó đẩy hơn) so với tấm cản nhỏ. Điều này chứng tỏ diện tích mặt cản càng lớn thì lực cản càng lớn.

Lực cản của không khí:

Không chỉ nước mà không khí cũng tác dụng lực cản lên vật chuyển động trong nó. Độ lớn của lực cản không khí cũng càng mạnh khi diện tích mặt cản càng lớn.

Ví dụ: Các vận động viên đua xe đạp luôn đội mũ có hình dạng khí động học và khi muốn tăng tốc phải cúi gập người xuống để giảm diện tích mặt cản tiếp xúc với không khí, từ đó giảm lực cản.

Hình dạng khí động học và sự thích nghi của động vật:

• Các động vật sống dưới nước (cá mập, cá kiếm, cá ngừ,…) đều có hình dạng thon, thuôn gần với hình khí động học vì lực cản của nước rất lớn. Hình dạng này giúp giảm lực cản, di chuyển dễ dàng hơn.
• Các động vật sống trên cạn (người, voi, gấu,…) không cần có dạng khí động học vì lực cản của không khí không lớn bằng lực cản của nước.

II. Sơ đồ tư duy

1. Khái niệm

• 1.1. Các vật chuyển động trong nước đều chịu tác dụng của lực cản
• 1.2. Lực cản cản trở chuyển động của vật trong nước
• 1.3. Lực cản là lực tiếp xúc

2. Thí nghiệm chứng minh

• 2.1. Kéo xe lăn có tấm cản khi chưa có nước → số chỉ lực kế nhỏ
• 2.2. Kéo xe lăn có tấm cản khi có nước → số chỉ lực kế lớn hơn
• 2.3. Chênh lệch do lực cản của nước tác dụng lên tấm cản

3. Yếu tố ảnh hưởng

• 3.1. Diện tích mặt cản càng lớn → lực cản càng lớn
• 3.2. Áp dụng cho cả lực cản của nước và lực cản của không khí

4. Ứng dụng – Hình dạng khí động học

• 4.1. Động vật dưới nước: hình thon, thuôn (cá mập, cá kiếm, cá ngừ) → giảm lực cản nước
• 4.2. Vận động viên đua xe: cúi gập người, đội mũ khí động học → giảm lực cản không khí
• 4.3. Tàu ngầm chậm hơn máy bay vì lực cản nước lớn hơn lực cản không khí

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu