Khởi động trang 60

Đề bài: Hình bên cho thấy một trong hai con tàu vũ trụ Voyager đang làm nhiệm vụ thăm dò các hành tinh nằm xa Trái Đất trong hệ Mặt Trời. Điều gì đã giúp cho tàu Voyager tiếp tục chuyển động rời xa Trái Đất, mặc dù thực tế không còn lực nào tác dụng lên chúng nữa?

Lời giải:

Trong không gian vũ trụ, gần như không có không khí và không có ma sát, nên tàu Voyager không chịu tác dụng của lực nào đáng kể.

Theo định luật I Newton (sẽ học trong bài), nếu một vật không chịu lực nào tác dụng (hoặc các lực cân bằng nhau) thì vật đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều mãi mãi. Nhờ đó tàu Voyager vẫn tiếp tục chuyển động rời xa Trái Đất với vận tốc đã có.

I. Lực và chuyển động

Câu hỏi mục I

Đề bài: Một quyển sách đang nằm yên trên mặt bàn. Ta phải đẩy nó thì nó mới dịch chuyển và khi ngừng đẩy thì nó dừng lại. Nếu em đặt mình vào thời của nhà khoa học Hy Lạp Aristotle (384 – 322 TCN), khi mà mọi người còn chưa biết đến ma sát, thì em sẽ trả lời câu hỏi nêu ra như thế nào?

Lời giải:

Đặt mình vào thời Aristotle (chưa biết đến ma sát), em sẽ trả lời: Có, lực là nguyên nhân làm cho vật chuyển động và duy trì chuyển động đó.

Lập luận: Khi tác dụng lực đẩy lên quyển sách thì sách chuyển động. Khi ngừng đẩy (không còn lực), sách dừng lại. Vậy phải có lực tác dụng thì vật mới chuyển động.

(Lưu ý: Cách giải thích này về sau đã được Galilei và Newton chỉ ra là chưa đúng – thực ra sách dừng lại do có lực ma sát, không phải do thiếu lực đẩy.)

II. Định luật 1 Newton

Câu hỏi 1 mục II

Đề bài: Quan sát các vật trong Hình 14.2. Giải thích tại sao quả cầu đứng yên.

Lời giải:

Quả cầu chịu tác dụng của hai lực:

• Trọng lực $\vec{P}$: phương thẳng đứng, chiều hướng xuống.
• Lực căng dây $\vec{T}$: phương thẳng đứng, chiều hướng lên.

Hai lực này có cùng phương, ngược chiều và cùng độ lớn nên cân bằng nhau → hợp lực tác dụng lên quả cầu bằng 0. Theo định luật I Newton, vật đang đứng yên thì tiếp tục đứng yên.

Câu hỏi 2 mục II

Đề bài: Tại sao người trượt ván có thể giữ nguyên vận tốc của mình?

Lời giải:

Người trượt ván vẫn chịu tác dụng của nhiều lực (trọng lực, phản lực của mặt đường, ma sát, lực cản không khí,…), nhưng các lực này cân bằng nhau nên hợp lực tác dụng lên người và ván bằng 0.

Theo định luật I Newton, vật đang chuyển động mà chịu hợp lực bằng 0 thì sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều (giữ nguyên vận tốc).

III. Quán tính

Hoạt động mục III.1

Đề bài: Thí nghiệm Hình 14.3 giúp mình hoạ quán tính của vật.

Thảo luận:

1. Giải thích tại sao khi xe trượt xuống dốc và bị cản lại ở cuối dốc thì vật nhỏ bị văng về phía trước?
2. Làm thế nào để giữ cho vật trên xe không bị văng đi?

Lời giải:

1. Trước khi tới chân dốc, xe và vật nhỏ cùng chuyển động với cùng vận tốc.

Khi tới chân dốc, vật chắn làm xe dừng lại đột ngột. Tuy nhiên, do quán tính, vật nhỏ vẫn có xu hướng giữ nguyên vận tốc đang chuyển động → tiếp tục chuyển động về phía trước và bị văng khỏi xe.

2. Để vật trên xe không bị văng đi, có thể:

• Cố định vật vào xe (dán keo, buộc dây).
• Tăng ma sát giữa vật và xe (đặt vật trên bề mặt nhám).
• Đặt vật vào khoang/hộp có thành chắn để giữ vật.

Câu hỏi 1 mục III.1

Đề bài: Mô tả và giải thích điều gì xảy ra đối với một hành khách ngồi trong ô tô ở các tình huống sau:

a) Xe đột ngột tăng tốc. b) Xe phanh gấp. c) Xe rẽ nhanh sang trái.

Lời giải:

Cả ba tình huống đều do quán tính của hành khách: hành khách có xu hướng giữ nguyên trạng thái chuyển động ban đầu khi xe thay đổi vận tốc.

a) Xe đột ngột tăng tốc: xe chuyển động nhanh hơn, nhưng do quán tính, người vẫn có xu hướng giữ nguyên trạng thái cũ → thân người bị ngả về phía sau.

b) Xe phanh gấp: xe giảm vận tốc đột ngột, nhưng do quán tính, người vẫn có xu hướng tiếp tục chuyển động với vận tốc cũ → thân người bị xô về phía trước.

c) Xe rẽ nhanh sang trái: xe đổi hướng sang trái, nhưng do quán tính, người vẫn có xu hướng chuyển động thẳng theo hướng cũ → thân người bị nghiêng về phía bên phải.

Câu hỏi 2 mục III.1

Đề bài: Một vật đang chuyển động với vận tốc 3 m/s dưới tác dụng của các lực. Nếu bỗng nhiên các lực này mất đi thì:

A. Vật dừng lại ngay. B. Vật đổi hướng chuyển động. C. Vật chuyển động chậm dần rồi dừng lại. D. Vật tiếp tục chuyển động theo hướng cũ với vận tốc 3 m/s.

Lời giải:

Chọn đáp án D.

Giải thích: Theo định luật I Newton, khi không có lực nào tác dụng lên vật (hợp lực bằng 0) thì vật đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều → vật tiếp tục chuyển động theo hướng cũ với vận tốc 3 m/s.

Câu hỏi 3 mục III.1

Đề bài: Một vật đang nằm yên trên mặt bàn nằm ngang. Tại sao ta có thể khẳng định rằng bàn đã tác dụng một lực lên nó?

Lời giải:

Vật chịu tác dụng của trọng lực $\vec{P}$ (hướng xuống). Nếu chỉ có một mình trọng lực thì vật sẽ rơi xuống.

Nhưng thực tế vật vẫn nằm yên trên mặt bàn, tức là hợp lực tác dụng lên vật phải bằng 0 (theo định luật I Newton). Suy ra phải có một lực khác cân bằng với trọng lực — đó chính là phản lực $\vec{N}$ do mặt bàn tác dụng lên vật, có phương thẳng đứng, chiều hướng lên.

Vậy có thể khẳng định bàn đã tác dụng một lực lên vật.

Câu hỏi 1 mục III.2

Đề bài: Khi ngồi trên ô tô, tàu lượn cao tốc hoặc máy bay, hành khách luôn được nhắc thắt dây an toàn. Giải thích điều này.

Lời giải:

Khi xe đang chuyển động nhanh và bất ngờ phanh gấp hoặc gặp tai nạn, xe sẽ giảm vận tốc đột ngột. Tuy nhiên do quán tính, hành khách vẫn có xu hướng giữ nguyên vận tốc cũ → bị xô mạnh về phía trước, có thể đập đầu vào ghế trước hoặc bị văng ra khỏi xe → gây thương tích nghiêm trọng.

Dây an toàn sẽ giữ hành khách ngồi yên trên ghế, không bị xô về phía trước, giúp giảm nguy cơ chấn thương.

Câu hỏi 2 mục III.2

Đề bài: Để tra đầu búa vào cán, nên chọn cách nào dưới đây? Giải thích tại sao.

a) Đập mạnh cán búa xuống đất như Hình 14.4a.

b) Đập mạnh đầu búa xuống đất như Hình 14.4b.

Lời giải:

Chọn cách a) Đập mạnh cán búa xuống đất.

Giải thích: Khi đập mạnh cán búa xuống đất, cán búa dừng lại đột ngột. Còn đầu búa, do quán tính, vẫn có xu hướng tiếp tục chuyển động xuống → đầu búa lao xuống và găm chặt vào cán.

Nếu làm theo cách b (đập đầu búa xuống đất) thì đầu búa dừng lại đột ngột, còn cán búa do quán tính tiếp tục đi xuống → cán rời khỏi đầu búa, không tra được.

Em có thể

1. Giải thích hiện tượng trong Hình 14.5 bằng khái niệm quán tính

Đề bài: Khi dùng tay kéo từ từ tờ giấy và khi giật mạnh tờ giấy thì hiện tượng xảy ra với cốc nước như thế nào?

Lời giải:

a) Khi kéo tờ giấy từ từ:

• Tờ giấy chuyển động chậm, lực ma sát giữa giấy và đáy cốc đủ để kéo cốc đi theo.
• Kết quả: cốc nước trượt theo tờ giấy.

b) Khi giật mạnh tờ giấy:

• Tờ giấy chuyển động rất nhanh trong khoảng thời gian rất ngắn.
• Do quán tính, cốc nước có xu hướng giữ nguyên trạng thái đứng yên. Lực ma sát tác dụng trong thời gian quá ngắn nên không kịp truyền vận tốc đáng kể cho cốc.
• Kết quả: tờ giấy bị rút ra khỏi cốc, còn cốc nước vẫn nằm yên tại chỗ.

2. Giải thích nguyên nhân của các vụ tai nạn giao thông liên quan đến quán tính

Một số ví dụ về tai nạn giao thông do quán tính:

• Xe phanh gấp ở tốc độ cao → người không thắt dây an toàn bị xô về phía trước, đập vào kính chắn gió hoặc văng ra ngoài xe.
• Xe rẽ với tốc độ cao → do quán tính, xe có xu hướng đi thẳng → có thể bị lật hoặc lao ra khỏi đường.
• Xe ô tô đâm vào vật cản, các hàng hoá không được cố định bị văng tới trước, gây thương tích cho người ngồi trong xe.
• Xe máy đang chạy nhanh, người ngồi sau không bám chắc → bị văng khi xe phanh gấp.

Cách phòng tránh:

• Luôn thắt dây an toàn khi ngồi trong ô tô.
• Đội mũ bảo hiểm khi đi xe máy.
• Giảm tốc độ khi vào đoạn cong, ngã rẽ.
• Giữ khoảng cách an toàn với xe phía trước để có thời gian phanh từ từ.
• Cố định chắc chắn hàng hoá khi vận chuyển.

Thầy Phạm Trần Quốc Anh

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn