Hãy thảo luận để thiết kế thí nghiệm và tiến hành kiểm chứng công thức (1)

$\frac{O{O}_1}{O{O}_2}=\frac{F_2}{F_1}$

Khi dùng dụng cụ tháo bánh ô tô như hình 6.1, một người thợ học việc tác dụng hai lực cùng độ lớn và cùng hướng lên dụng cụ. Phép cộng vectơ hai lực đó cho kết quả khác 0 nhưng dụng cụ lại đứng yên. Vậy, tổng hợp lực của hai lực song song này được xác định như thế nào mà không làm dụng cụ chuyển động?

Cấu trúc vòm được cho là xuất hiện từ đầu thiên niên kỉ thứ hai trước công nguyên. Cho đến nay, dạng kiến trúc này trở nên rất phổ biến. Trong hầu hết các công trình kiến trúc nổi tiếng trên thế giới và ở Việt Nam, ta đều tìm thấy cấu trúc này.

Hãy biểu diễn các lực tác dụng lên viên gạch ở đỉnh vòm và giải thích vì sao cấu trúc này có thể đứng vững.

Hãy chứng tỏ rằng trong trường hợp con nhện ở trên, lực T cân bằng với hợp lực của hai lực P và F_đ.

Xác định hợp lực của hai tàu kéo trong trường hợp mô tả ở hình 5.2. Coi độ lớn lực kéo của hai tàu như nhau, bằng 16.10³ N và góc giữa hai lực kéo là 60^o.

Thảo luận để thiết kế phương án thí nghiệm khác không cần sử dụng hệ thống ròng rọc và các quả cân. Có thể dùng lực kế đo trực tiếp các lực.

Thí nghiệm ở hình 5.6 cho phép nghiệm lại kết quả tổng hợp hai lực F₁, F₂ vuông góc với nhau và có độ lớn tương ứng theo tỉ lệ 4 : 3 (như ví dụ với quả cầu lông nói trên). Trong thí nghiệm này, lực kéo F₁ tạo với dây treo 4 quả cân và lực kéo F₂ tạo với dây treo 3 quả cân đã giữ cho chùm 5 quả cân không rơi.

$F^2=F_1^2+F_2^2+2F_1{F}_2\cos \alpha$

- Hãy biểu diễn các lực thành phần F₁, F₂ trong thí nghiệm.

- Nhận xét về liên hệ giữa hợp lực F của hai lực F₁, F₂ với trọng lực của chùm 5 quả cân. Từ đó, thảo luận đề xuất phương án xác định hợp lực F.

- Tiến hành thí nghiệm để xác định hợp lực F. Kết quả thực hiện được ghi theo mẫu sau:

- So sánh kết quả thu được qua thí nghiệm với kết quả tính ở trên và rút ra quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy vuông góc.

Xác định độ lớn và hướng của hợp lực F bằng cách dựng các vectơ lực P và lực F_đ đúng tỉ lệ. Đối chiếu với kết quả tính.

Thảo luận, đề xuất phương án và thực hiện thí nghiệm tổng hợp hai lực đồng quy cùng phương.

Biểu diễn quy tắc cộng vectơ cho trường hợp lực F₂ ngược chiều với lực F₁ khi F₁ > F₂ và khi F₁ <  F₂.

Ngày 23-3-2021, siêu tàu Ever Given (E-vơ Ghi-vòn), mang cờ Panama (Pa-na-ma), bị mắc cạn tại kênh đào Suez, làm tê liệt tuyến vận tải hàng hải quan trọng bậc nhất thế giới. Để giải cứu con tàu dài 400 m, rộng 59 m, chở 224 nghìn tấn hàng hóa, người ta đã phải huy động các tàu lai dắt để kéo mũi tàu Ever Given trở lại đường lưu thông qua kênh đào. Các tàu lai dắt không chuyển động cùng hướng nhưng hợp lực kéo của chúng vẫn giúp kéo mũi tàu Ever Given khỏi điểm mắc cạn. Vì sao như vậy?

Hãy thảo luận để thiết kế mô hình ứng dụng hiểu biết sự phụ thuộc của áp suất chất lỏng vào độ sâu.

Chứng tỏ rằng chênh lệch áp suất $\Delta p$  giữa hai điểm trong chất lỏng tỉ lệ thuận với chênh lệch độ sâu $\Delta h$  của hai điểm đó.

Ước tính áp suất do một người tạo ra trên sàn khi đứng bằng cả hai chân.

Từ định nghĩa đơn vị lực, hãy chứng tỏ: 1 Pa = 1 N/m²

So sánh độ lớn áp lực, diện tích bị ép của trường hợp (2), (3) với trường hợp (1) (hình 4.2). Từ độ lún của bột trong các trường hợp, chỉ ra mối liên hệ giữa áp suất với áp lực và diện tích bị ép.

Chứng tỏ rằng áp lực do người đang đứng yên trên sàn tác dụng lên sàn có độ lớn bằng trọng lượng của người đó.

Tính khối lượng của một khối đá hoa cương dạng hình hộp chữ nhật có kích thước 2,0 m x 3,0 m x 1,5 m.

Tượng phật Di Lặc tại chùa Vĩnh Tràng (Mỹ Tho, Tiền Giang) là một trong những tượng phật khổng lồ nổi tiếng thế giới. Tượng cao 20 m và nặng 250 tấn. Có loại cân nào giúp “cân” bức tượng để có được số liệu trên?

Hãy chỉ ra cặp vật tương tác và hướng của lực tương tác giữa chúng trong các trường hợp sau:

a) Khi đóng đinh, tay ta cảm nhận được lực dội lại.

b) Bóng đập vào tường bị bật ra.

c) Chân ta đạp vào mặt đất để bước đi.

d) Quả bóng bay bơm căng được thả ra khi không buộc kín thì sẽ bay vụt đi.

Hãy biểu diễn cặp lực – phản lực giữa hai cực từ gần nhau của hai nam châm ở hình 3.3

Một vật rơi xuống, khi va chạm với mặt đất thì giảm tốc đột ngột về không trong khoảng thời gian rất ngắn.

a) Hãy xác định hướng của hợp lực tác dụng lên vật khi va chạm với mặt đất.

b) Hãy giải thích vì sao một cốc thủy tinh nếu rơi xuống đệm cao su thì không bị vỡ như khi rơi xuống mặt sàn cứng. Biết thời gian nếu cốc va chạm với mặt sàn cứng là 0,01 giây, thời gian nếu cốc va chạm với đệm cao su là 0,20 giây.

Biểu diễn hợp lực và gia tốc của người nhảy dù khi đang rơi chưa bung dù và khi dù đã bung ra.

Vận dụng mối liên hệ ở phương trình (1) để giải thích các hiện tượng sau:

a) Xe đua thường có khối lượng nhỏ.

b) Người chơi quần vợt muốn bóng chuyển động thật nhanh để ghi điểm thì đánh càng mạnh.

c) Hãy giải thích lí do tốc độ giới hạn quy định cho xe tải thường nhỏ hơn của xe con.

Hãy giải thích vì sao khi xe phanh gấp thì người ngồi trên ô tô bị nghiêng về phía trước và nêu ý nghĩa của việc đeo dây an toàn khi ngồi trên ô tô.

Một vật đang chuyển động có cần lực để giữ cho nó tiếp tục chuyển động không?

Ta đã biết rằng nếu một vật bị biến đổi chuyển động (có gia tốc) thì phải có lực tác dụng lên nó. Điều này khá dễ hình dung khi ta tác dụng lực lên xe đẩy thì xe tăng tốc. Khi ngừng đẩy, xe sẽ chuyển động như thế nào?

Chứng tỏ rằng các công thức ở chủ đề trước không vi phạm về đơn vị:

a)$s=v_{o}t+\frac{1}{2}a{t}^2$

Hãy chỉ ra tổ hợp đơn vị cơ sở của đơn vị dẫn xuất niutơn.

Thông số của một mẫu xe ô tô được cung cấp như bảng dưới đây.

a) Hãy đổi các thông số về độ dài, khối lượng, tốc độ ở bảng trên sang giá trị theo đơn vị đo trong hệ SI.

b) Tính lực tác dụng để mẫu xe trên chở đủ tải trọng và tăng tốc từ trạng thái nghỉ đến tốc độ tối ưu trong 2 giây.

Ngoài lực của động cơ, thời gian tăng tốc của ô tô phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như điều kiện mặt đường thử nghiệm, khối lượng xe, điều kiện thời tiết, lốp xe, độ cao so với mực nước biển, vv… Mẫu xe điện có thời gian tăng tốc nhanh nhất được thử nghiệm đã tăng tốc từ 0 km/h đến 97,0 km/h trong 1,98 giây. Hãy tính gia tốc của xe và lực để tạo ra gia tốc đó. Coi xe chuyển động biến đổi đều và khối lượng của mẫu xe này là 2,00 tấn.

Hãy tìm hiểu thêm về hai mẫu xe khác và tính các kết quả tương tự cho mỗi xe.

Để khảo sát sự phụ thuộc của gia tốc vào khối lượng, ta cần thực hiện thí nghiệm như thế nào?

Từ số liệu của bảng 1.1, hãy chỉ ra mối liên hệ giữa gia tốc của xe với lực tác dụng lên nó.

Hình 1.1 là một chiếc siêu xe. Nhà sản xuất công bố nó có thể tăng tốc từ 0 km/h đến 100 km/h trong khoảng thời gian dưới hai giây, tăng tốc từ 0 km/h đến 300 km/h trong khoảng thời gian dưới 12 giây. Tốc độ tối đa khoảng 350 km/h. Một trong những thông số mà các nhà sản xuất ô tô thường cạnh tranh là giảm thời gian tăng tốc. Mối liên hệ giữa lực và gia tốc là cơ sở để các nhà sản xuất cải tiến ô tô nhằm giảm thời gian tăng tốc.

Vậy làm thế nào để rút ngắn thời gian tăng tốc của ô tô?

Đặt một cái bát bằng kim loại lên mặt nước như thế nào để nó nổi trên bề mặt?

So sánh lực đẩy Archimedes tác dụng lên cùng một vật khi nó ở hai vị trí (1) và vị trí (2) trong hình 2.11. Biết rằng ở (1) thì vật đang chuyển động lên trên, ở (2) thì vật đang nằm cân bằng trên mặt thoáng.

Archimedes (287 TCN – 212 TCN) được nhà vua giao nhiệm vụ tìm ra vương miện bằng vàng có bị pha thêm bạc hay không. Giai thoại kể rằng ông đã tìm ra lời giải trong lúc tắm. Khi đó, Archimedes reo lên: “Euréka” (có nghĩa là: tìm ra rồi) và sung sướng chạy ra ngoài. Đây là mẩu chuyện vui về một nhà vật lí nhưng có ý nghĩa sâu sắc. Không phải may mắn ngẫu nhiên mà chính việc luôn luôn suy nghĩ về liên hệ giữa cái cần tìm và cái đã biết đã giúp Archimedes tìm ra lời giải. Say mê nghiên cứu là phẩm chất hàng đầu của nhà khoa học và thành quả cũng chỉ có thể được tạo thành từ sự say mê, miệt mài ấy.

Bạn hãy tìm đọc câu chuyện về Archimedes và lí giải của ông giúp dẫn tới công thức tính độ lớn lực đẩy của chất lỏng lên vật.

Tốc độ ổn định của vật rơi phụ thuộc vào trọng lượng, hình dạng và kích thước mặt ngoài của vật. Đối với côn trùng, lực cản của không khí lớn hơn nhiều so với trọng lượng của chúng, do đó tốc độ ổn định của chúng khá thấp. Côn trùng có thể bị cuốn lên trời hàng km do các luồng không khí bốc lên. Sau đó, chúng rơi trở lại Trái Đất mà không bị thương.

Hãy lấy một ví dụ tương tự.

Một thùng hàng có khối lượng 54,0 kg được đặt trên mặt sàn nằm ngang và phải cần lực đẩy ít nhất bằng 108 N để làm thùng hàng bắt đầu chuyển động.

a) Tính độ lớn lực ép giữa sàn và thùng hàng.

b) Tìm lực ma sát nghỉ cực đại tác dụng lên thùng hàng.