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.

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 4 m/s. Cơ năng của em bé có bảo toàn không? Tại sao?

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?

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.

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

Cơ năng là gì?

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.

- 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?

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

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.

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 là ước mơ của nhiều bạn trẻ.

Tính thế năng của người leo núi có khối lượng 70 kg khi leo đến đỉnh núi Phan – xi – Păng.

- Tìm từ thích hợp với chỗ $\boxed{?}$  trong suy luận dưới đây:

Thế năng của búa máy càng $\boxed{?}$ thì lực của máy đóng cọc thực hiện công càng $\boxed{?}$ , 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.

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?

Vận dụng mối liên hệ công suất với lực và vận tốc (4) để đưa ra khuyến nghị cho người lái xe máy nên đi bằng số thấp hay số cao trong mỗi tình huống thực tế dưới đây để đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành động cơ:

- Xe máy bắt đầu di chuyển.

- Xe máy đi trên đường ngoài đô thị, có ít phương tiện đi lại.

- Xe máy lên dốc.

- Xe máy xuống dốc.

- Xe máy vào cua (chuyển hướng đột ngột).

- Xe máy đi trên đường trơn trượt.

- Xe máy đi trên đường có nhiều ổ gà.

Hộp số là thiết bị gồm các bánh răng truyền động có bán kính lớn, nhỏ khác nhau để chuyển số, giúp thay đổi mômen xoắn lên bánh xe, từ đó điều chỉnh tốc độ của xe máy.

- Số 1 tương ứng với tốc độ từ 0 – 10 km/h

- Số 2 tương ứng với tốc độ từ 10 – 20 km/h

- Số 3 tương ứng với tốc độ từ 20 – 40 km/h

- Số 4 tương ứng với tốc độ từ 40 km/h trở lên.

Số 1, 2 được coi là số thấp; số 3, 4 là số cao.

Tìm hiểu thêm về hộp số và giải thích tại sao khi chuyển số thì thay đổi được lực phát động của động cơ?

Năng lượng vào cơ thể người dưới dạng hóa năng của thức ăn và giúp con người sinh công trong sinh hoạt và lao động, sản xuất hàng ngày.

Công suất của cơ thể lớn hay nhỏ phụ thuộc vào hoạt động của con người. Khi nghỉ ngơi, công suất hoạt động nhỏ hơn công suất trung bình. Khi vận động mạnh như di chuyển đồ đạc lên cầu thang thì công suất hoạt động lớn hơn công suất trung bình.

Với người thường xuyên hoạt động thể chất với cường độ cao (công suất lớn), chế độ ăn của họ cần giàu năng lượng hơn.

Bạn hãy tìm hiểu thêm về các loại thức ăn giàu năng lượng.

So sánh công suất của hai máy tời sau:

- Máy tời 1 nâng được 80 kg vật liệu lên cao 5 m trong 30 s.

- Máy tời 2 nâng được 1 tạ vật liệu lên cao 6 m trong 1 phút.

1W liên hệ với 1J và 1s như thế nào?

So sánh công của người đạp xe và động cơ ô tô trong trường hợp ở hình 1.7.

Người hay động cơ ô tô thực hiện công nhanh hơn?

So sánh công của người và công của máy tời trong trường hợp ở hình 1.6.

Người hay máy tời thực hiện công nhanh hơn?

Chỉ ra và phân tích một số ví dụ chứng tỏ có thể truyền năng lượng từ vật này sang vật khác bằng cách thực hiện công.

Từ biểu thức (2), suy luận: Khi nào công sinh ra có giá trị âm?

Bạn hãy phân tích lực tác dụng thành hai thành phần vuông góc với phương dịch chuyển và thành phần trùng với phương dịch chuyển để lập luận rút ra biểu thức tính công (2).

1. Tính công của trọng lực làm hòn đá khối lượng 5 kg rơi từ độ cao 10 m xuống đất.

2. Tính công của trọng lực làm hòn đá khối lượng 5 kg lăn từ đỉnh dốc dài 100 m, cao 10 m xuống chân dốc.

Bạn có nhận xét gì về kết quả tính công trong hai trường hợp trên?

Tìm từ thích hợp với chỗ  trong các suy luận dưới đây.

- Lực tác dụng càng lớn thì sinh công càng .

- Độ dịch chuyển theo phương của lực càng lớn thì công thực hiện được càng .

Kể tên các dạng năng lượng xung quanh chúng ta. Lấy ví dụ chứng tỏ năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác.

Cách mạng công nghiệp lần thứ nhất bắt đầu vào cuối thế kỉ XVIII ở nước Anh khi con người phát triển các máy mới có khả năng thực hiện công gấp hàng trăm lần so với sức người.

Ở giai đoạn đầu, năng lượng gió và năng lượng nước được khai thác. Nước dự trữ trong các đập ở trên cao (thế năng) được sử dụng để làm quay các bánh xe lớn, nhờ đó làm quay các máy cơ (động năng). Ở thời kì tiếp theo, động cơ hơi nước được phát triển ở Vương quốc Anh sử dụng nhiên liệu hóa thạch như than đá. Động cơ hơi nước sử dụng năng lượng từ than đá làm tăng đáng kể công suất hoạt động của các máy bơm nước và các khung dệt lớn trong công xưởng sản xuất sợi. Động cơ hơi nước được sử dụng trong đầu máy xe lửa (hình 1.1), tàu thủy hơi nước, xe tải, … trở thành nền tảng cho Cách mạng công nghiệp lần thứ nhất.

Năng lượng làm cho các máy tác dụng lực lớn bắt nguồn từ đâu? Năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác bằng cách nào?

Không chỉ nổi tiếng với phát hiện về lực đẩy của chất lỏng lên các vật, Archimedes còn nổi tiếng với câu nói: “Hãy cho tôi một điểm tựa, tôi có thể nhấc bổng quả đất lên”. Đó là vì ông muốn khẳng định tính đúng đắn của định luật về đòn bẩy đã được kiểm chứng trong cuộc sống. Cho đến hiện tại, sau Archimedes hàng nghìn năm, chúng ta dễ dàng giải thích cơ sở khoa học của quy tắc đòn bẩy qua các khái niệm lực và mômen lực. Đây là một trong số nhiều trường hợp mà kĩ thuật đã đi trước khoa học. Rất nhiều kĩ thuật cổ xưa đã được con người biết đến nhờ kinh nghiệm nhưng chỉ đến khi khoa học bắt kịp, xây dựng cơ sở hiểu biết đầy đủ cho kĩ thuật ấy thì nó mới có thể phát triển mạnh mẽ, được áp dụng và đem lại hiệu quả tốt hơn.

Các hoạt động không ngừng nghỉ của xã hội loài người làm nảy sinh nhu cầu có các kĩ thuật mới. Đòi hỏi này khiến khoa học nói chung và vật lí nói riêng có động lực và luôn xuất hiện các vấn đề nghiên cứu mới. Các nghiên cứu này hoàn thành sẽ quay lại giúp cải tiến, nâng tầm kĩ thuật.

Có thể thấy rõ điều này khi ta đi tìm câu trả lời cho câu hỏi đã đặt ra ở đầu chủ đề về việc giảm thời gian tăng tốc của ô tô. Ta có thể dễ dàng chỉ ra rằng để tăng gia tốc của xe thì cần tăng lực tác dụng. Tuy nhiên, chuyển động của trục động cơ, của bánh xe là chuyển động quay nên thực tế thì mômen lực (mômen xoắn) của động cơ sẽ ảnh hưởng tới khả năng tăng tốc của xe. Ngoài ra, để ô tô đạt tới tốc độ cao thì còn phụ thuộc tốc độ quay của trục động cơ và công suất – đại lượng sẽ được tìm hiểu ở phần sau.

Hãy tìm hiểu thông tin và kể tên một số loại xe thường có mômen xoắn lớn.

Thảo luận để rút ra điều kiện cân bằng của vật.

Chứng tỏ rằng vật ở hình 6.11 sẽ cân bằng khi: $\frac{F_1}{F_2}=\frac{d_2}{d_1}$

Chỉ ra chiều tác dụng làm quay của mỗi lực F₁, F₂ lên vật trong hình 6.11 đối với trục quay O. Từ đó, thảo luận để rút ra điều kiện cân bằng của vật có trục quay cố định.

Chứng tỏ rằng tổng mômen của các lực trong ngẫu lực bằng M = Fd.

Tính mômen của từng lực trong hình 6.10 đối với trục quay của vô lăng. Mỗi mômen lực này có tác dụng làm vô lăng quay theo chiều nào?

Thành phần F_2y có xu hướng làm thanh quay theo chiều nào? Có giống với xu hướng làm quay của F₂ với thanh không?

Nếu lực tác dụng không đổi thì người thợ cầm vào cờ lê ở A hay ở B (hình 6.8) sẽ dễ làm xoay đai ốc hơn?

Viết biểu thức tính mômen lực M₁, M₂ của mỗi lực F₁, F₂ đối với trục quay theo các đại lượng cho trên hình.

Cho vật là miếng bìa phẳng như hình 6.5. Hãy vận dụng quy tắc tổng hợp hai lực song song, cùng chiều để xác định trọng tâm của vật. Nghiệm lại bằng phương án xác định trọng tâm của vật phẳng.

Thảo luận để đề xuất, thiết kế phương án và thực hiện phương án tổng hợp hai lực song song bằng dụng cụ thực hành.

 

Số quả cân phải treo tại O trong hình 6.4 là bao nhiêu để công thức (1) được nghiệm đúng?