Giải KHTN 9 trang 16 Cánh diều

Giải KHTN 9 trang 16 Cánh diều

Luyện tập 3 trang 16 KHTN 9: Tính cơ năng của bạn nhỏ ở vị trí B (hình 2.3) trong hai trường hợp:

a) Chọn mặt đất làm gốc thế năng. Biết rằng, động năng của bạn nhỏ tại B bằng 90 J và thế năng bằng 150 J.

b) Chọn điểm B làm gốc thế năng.

Lời giải:

a) Chọn mặt đất làm gốc thế năng => W_đ = 90 J, W_t = 150 J

- Cơ năng của bạn nhỏ ở vị trí B là: $W=W_d+W_t$ = 90 + 150 = 240 J

b) Chọn điểm B làm gốc thế năng => W_đ = 90 J, W_t = 0 J

- Cơ năng của bạn nhỏ ở vị trí B là: $W=W_d+W_t$ = 90 + 0 = 90 J

Luyện tập 4 trang 16 KHTN 9: Phân tích sự chuyển hóa động năng và thế năng của bạn nhỏ khi chơi cầu trượt ở hình 2.4 trong hai trường hợp sau:

a) Bỏ qua ma sát của mặt cầu trượt và lực cản không khí.

b) Lực ma sát giữa bạn nhỏ và cầu trượt có giá trị đáng kể.

Lời giải:

a) Bỏ qua ma sát của mặt cầu trượt và lực cản không khí.

- Ở đỉnh cầu trượt: Khi bạn nhỏ đứng ở đỉnh cầu trượt, bạn có thế năng cao nhất do độ cao so với mặt đất. Bạn nhỏ ở đỉnh cầu trượt, chưa chuyển động trượt xuống nên động năng là 0.

- Khi bắt đầu trượt xuống: Khi bạn nhỏ bắt đầu trượt xuống, độ cao giảm, do đó thế năng giảm theo, vì vậy động năng sẽ tăng theo.

- Khi đạt đến đáy cầu trượt: Khi bạn nhỏ đạt đến đáy cầu trượt, độ cao là thấp nhất, nên thế năng bằng 0. Toàn bộ thế năng đã chuyển hóa thành động năng, tức là lớn nhất.

Trong trường hợp này, không có mất mát năng lượng nào do bỏ qua ma sát mặt cầu trượt và lực cản không khí, nên năng lượng (thế năng + động năng) của bạn nhỏ được bảo toàn trong suốt quá trình chơi cầu trượt.

b) Lực ma sát giữa bạn nhỏ và cầu trượt có giá trị đáng kể.

- Ở đỉnh cầu trượt: Khi bạn nhỏ đứng ở đỉnh cầu trượt, bạn có thế năng cao nhất do độ cao so với mặt đất. Bạn nhỏ ở đỉnh cầu trượt, chưa chuyển động trượt xuống nên động năng là 0.

- Khi bắt đầu trượt xuống: Khi bạn nhỏ bắt đầu trượt xuống, độ cao giảm, do đó thế năng giảm theo, vì vậy động năng sẽ tăng theo nhưng một phần của năng lượng này sẽ bị mất do lực ma sát.

- Khi đạt đến đáy cầu trượt: Khi bạn nhỏ đạt đến đáy cầu trượt, độ cao là thấp nhất, nên thế năng bằng 0. Toàn bộ thế năng đã chuyển hóa thành động năng nhưng một phần đã bị mất do lực ma sát.

Trong trường hợp này, lực ma sát giữa bạn nhỏ và cầu trượt có giá trị đáng kể nên làm giảm năng lượng của bạn nhỏ theo thời gian và làm cho năng lượng cuối cùng (động năng khi bạn nhỏ đạt đến đáy cầu trượt) ít hơn so với trường hợp không có lực ma sát. Vì vậy, tốc độ trượt của bạn nhỏ sẽ bị giảm.

Tìm hiểu thêm trang 16 KHTN 9: Vật ở càng cao thì thế năng của vật càng lớn. Do đó, vật có năng lượng lớn. Vì vậy, đốt củi ở trên cao sẽ tỏa nhiệt nhiều hơn. Điều này có đúng hay không?

Lời giải:

Khi đốt củi, quá trình tỏa nhiệt không chỉ phụ thuộc vào thế năng mà còn phụ thuộc vào khả năng chuyển đổi năng lượng và mất mát năng lượng. Cụ thể, năng lượng từ củi được chuyển đổi thành nhiệt và ánh sáng, và một phần năng lượng này có thể mất đi dưới dạng nhiệt do các yếu tố như khói, hơi nước, và các quá trình không hoàn toàn hiệu quả trong quá trình đốt.

Vì vậy, mặc dù vật ở độ cao lớn sẽ có năng lượng lớn từ thế năng, nhưng có sự thất thoát ra môi trường nhiều nên đốt củi ở trên cao sẽ tỏa nhiệt nhiều hơn là chưa đúng. Việc đốt củi ở trên cao không nhất thiết sẽ tỏa nhiệt nhiều hơn so với việc đốt củi ở dưới, mà còn phải phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác của môi trường.

Vận dụng trang 16 KHTN 9: Trên công trường xây dựng, để đóng các cọc bê tông lún sâu xuống lòng đất, người ta dùng búa máy như hình 2.5. Đầu búa có trọng lượng lớn được kéo lên một độ cao nhất định so với mặt đất rồi thả rơi xuống đập vào cọc bê tông.

Mô tả sự chuyển hóa năng lượng của đầu búa từ lúc được thả rơi cho tới ngay trước khi đập vào cọc. Bỏ qua sự hao phí năng lượng do lực cản của môi trường.

Lời giải:

Sự chuyển hóa năng lượng của đầu búa từ lúc được thả rơi cho tới trước khi đập vào cọc bê tông có thể mô tả như sau:

- Ở trạng thái bắt đầu (trước khi thả): Đầu búa ở trạng thái đứng im, nên động năng là 0. Đầu búa có thể được nâng lên một độ cao h so với mặt đất, nơi có thế năng được xác định bằng biểu thức $W_t=Ph$.

- Khi bắt đầu thả rơi: Thế năng bắt đầu giảm khi đầu búa bắt đầu rơi xuống, do độ cao giảm đi, vì vậy động năng bắt đầu tăng lên theo công thức $W_d=\frac{1}{2}m{v}^2$.

- Khi gần đến cọc bê tông: Thế năng giảm xuống còn rất nhỏ khi đầu búa gần đến cọc bê tông, vì vậy động năng tăng lên và đạt đến giá trị lớn nhất khi đầu búa sắp chạm vào cọc bê tông.

- Khi đập vào cọc bê tông: Thế năng giảm xuống 0 khi đầu búa đập vào cọc bê tông, vì đầu búa giảm độ cao đến mức thấp nhất, vì vậy toàn bộ thế năng đã được chuyển hóa thành động năng, và động năng này sẽ được truyền vào cọc bê tông, gây ra các hiện tượng va đập và chuyển động của cọc.

Trong quá trình này, giả sử không có sự hao phí năng lượng do lực cản của môi trường, năng lượng từ thế năng ban đầu đã được chuyển hóa hoàn toàn thành động năng trong quá trình đầu búa rơi và đập vào cọc bê tông.

Xem thêm lời giải bài tập Khoa học tự nhiên lớp 9 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Giải KHTN 9 trang 14

Giải KHTN 9 trang 15