Khởi động: 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. Chúng được phóng lên từ mũi Canaveral, Florida (Hoa Kì) vào năm 1977 và hiện nay cả hai con tàu đã ra khỏi hệ Mặt Trời, đang tiếp tục hoạt động và gửi thông tin về Trái Đất. Điều gì đã giúp cho tàu Voyager tiếp tục chuyển động rời xa Trái Đất, mặc dù trên thực tế không còn lực nào tác dụng lên chúng nữa?
Lời giải:
- Theo định luật 1 Newton, tàu Voyager không chịu tác dụng của lực nào nên nó đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều rời xa Trái Đất. Hay nói cách khác, quán tính đã giúp cho tàu Voyager tiếp tục chuyển động rời xa Trái Đất.
I. Lực và chuyển động
Câu hỏi: 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 nhà khoa học Hy Lạp Aristotle (384 – 322 TCN), khi mà mọi người chưa biết đến ma sát, thì em sẽ trả lời câu hỏi nêu ra như thế nào?
Lời giải:
- Quyển sách đang nằm im trên bàn chứng tỏ các hợp lực tác dụng lên nó là bằng 0. Khi đó, ta chỉ cần tác dụng 1 lực đẩy là hợp lực tác dụng lúc này sẽ khác 0, làm cho quyển sách di chuyển. Khi ngưng tác dụng lực vào quyển sách thì hợp lực lại trở về bằng 0, quyển sách lại trở về nằm im như cũ.
II. Định luật 1 Newton
Câu hỏi: Quan sát các vật trong Hình 14.2.
1. Giải thích tại sao quả cầu đứng yên.
2. Tại sao người trượt ván có thể giữ nguyên vận tốc của mình
Lời giải:
1. Quả cầu đứng yên là do quả cầu chịu tác dụng của hai lực: trọng lực và lực căng . Hai lực này cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn nên hợp lực tác dụng lên quả cầu bằng 0.
⇒ Quả cầu đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên.
2. Do ván trượt chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0, nên khi ván trượt chuyển động thì sẽ là chuyển động thẳng đều, vì vậy ván có thể giữ nguyên vận tốc của mình.
III. Quán tính
1. Quán tính
Hoạt động: Thí nghiệm Hình 14.3 giúp minh họa quán tính của vật.
- Chuẩn bị: Một tấm ván dài khoảng 1 m làm mặt phẳng nghiêng, xe lăn, vật nhỏ đặt trên xe lăn, vật chắn (có thể dùng quyển sách dày) (Hình 14.3)
- Tiến hành:
+ Đặt các vật nhỏ lên xe lăn. Giữ các vật và xe đứng yên trên đỉnh mặt phẳng nghiêng.
+ Thả cho xe trượt xuống dốc, dọc theo mặt phẳng nghiêng.
+ Quan sát hiện tượng xảy ra đối với xe và các vật trên xe.
- 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. Khi xe trượt xuống dốc và bị cản lại ở cuối dốc thì vận tốc của xe đột ngột thay đổi. Vật nhỏ trên xe không kịp thay đổi trạng thái chuyển động theo xe nên bị văng về phía trước.
2. Để giữ cho vật trên xe không bị văng đi, ta cần buộc cố định vật vào xe.
Câu hỏi 1: 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:
a. Khi xe đột ngột tăng tốc thì hành khách sẽ bị ngả người về phía sau
b. Khi xe phanh gấp thì hành khách sẽ bị nhúi người về phía trước.
c. Xe rẽ nhanh sang trái thì hành khách sẽ bị đổ người sang phải
Câu hỏi 2: 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.
Đáp án: D
Giải thích: Nếu vật đang chuyển động với vận tốc là 3 m/s dưới tác dụng của các lực, bỗng nhiên các lực mất đi thì xe sẽ chuyển động thẳng đều mãi mãi, và vận tốc của xe vẫn là 3 m/s
Câu hỏi 3: 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 có khối lượng để trên mặt bàn sẽ luôn có trọng lực tác dụng lên vật.
- Theo định luật 1 Newton, vật nằm yên nên hợp lực tác dụng lên vật phải bằng 0.
⇒ Vật chịu thêm tác dụng của một lực cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn với trọng lực – đó chính là phản lực từ bàn tác dụng lên vật.
2. Ứng dụng của quán tính trong đời sống
Câu hỏi 1: 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 ngồi trên ô tô, tàu lượn cao tốc hoặc máy bay, hành khách luôn được nhắc thắt dây an toàn, vì khi các phương tiện di chuyển với tốc độ nhanh về phía trước, theo quán tính thì người ngồi trên các phương tiện sẽ lao người về phía sau. Khi các phương tiện gặp vấn đề, sẽ phanh gấp, lúc này theo quán tính, cơ thể sẽ lao về phía trước, nhờ có dây an toàn mà cơ thể vẫn giữ lại được cơ thể chúng ta, tránh trường hợp bị ngã, nguy hiểm đến con người.
Câu hỏi 2: 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:
- Cả 2 cách đều được. Nhưng nên chọn cách a vì khi đạp cán búa xuống đất thì lực tác dụng lên cán búa sẽ có hướng đi lên khi tác dụng vào búa thì vì do quán tính thì búa sẽ rơi xuống phía dưới theo hướng ngược lại với hướng của lực tác dụng lên cán. Thì như vậy, đầu búa sẽ dễ tra vào cán hơn.
Em có thể?
1. Dùng khái niệm quán tính để giải thích hiện tượng trong Hình 14.5: Khi dùng tay kéo từ từ tờ giấy và khi giật mạnh tờ giấy.
Lời giải:
- Khi kéo từ từ tờ giấy thì cả cốc và tờ giấy đều sẽ chuyển động.
- Khi giật mạnh tờ giấy thì cốc vẫn đứng yên tại chỗ, vì theo quán tính cốc không kịp thay đổi trạng thái nên nó đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên.
2. Giải thích được nguyên nhân của nhiều vụ tai nạn giao thông liên quan đến quán tính. Chuẩn bị một bài thuyết trình (dài khoảng 15 phút) về đề tài sau đây: Rất nhiều vụ tai nạn giao thông có nguyên nhân từ quán tính. Em hãy nêu một số ví dụ về điều đó và cách phòng tránh những tai nạn này.
Lời giải:
+ Nguyên nhân của nhiều vụ tai nạn giao thông liên quan đến quán tính: đó là do các phương tiện giao thông đang chuyển động với một tốc độ nào đó, bất ngờ gặp tình huống cần phải xử lý thì phanh gấp hoặc đánh lái làm thay đổi gia tốc cũng như hướng chuyển động.
+ Ví dụ về những vụ tai nạn giao thông có nguyên nhân từ quán tính: Xe đang chạy trên đường bất ngờ gặp một em bé lao ra từ trong ngõ nhỏ. Lúc này người lái xe phải vừa hãm phanh gấp, vừa phải bẻ lái để tránh em bé. và theo quan tính đang lao hướng về phía trước, người này chưa kịp thay đổi vận tốc cũng như hướng chạy dẫn đến bị ngã xe