Xem toàn bộ tài liệu Lớp 10 – Cánh Diều: tại đây
Mở đầu trang 43 Vật Lí 10:
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 2 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?
Lời giải:
Muốn rút ngắn thời gian tăng tốc của ô tô có nhiều cách:
+ Thiết kế hình dạng của ô tô có đường cong mềm mại, nhằm giảm lực cản của không khí.
+ Sử dụng các bộ phận nhẹ hơn để xe giảm được lực tải.
+ Cải tiến động cơ nhằm tăng lực phát động cho xe: tăng số xy-lanh, điều chỉnh ống xả (pô) để tăng mã lực, tăng khí nạp, tăng góc đánh lửa.
Câu hỏi 1 trang 44 Vật Lí 10:
Lời giải:
Ta thấy khi lực tác dụng tăng thì gia tốc của xe cũng tăng theo.
Khi
F
1
=
0
,
071
N
ứng với
a
1
=
0
,
206
m
/
s
2
. Suy ra:
k
1
=
F
1
a
1
≈
0
,
345
Khi
F
2
=
0
,
089
N
ứng với
a
2
=
0
,
263
m
/
s
2
. Suy ra:
k
2
=
F
2
a
2
≈
0
,
338
Khi
F
3
=
0
,
108
N
ứng với
a
3
=
0
,
315
m
/
s
2
. Suy ra
k
3
=
F
3
a
3
≈
0
,
343
Khi
F
4
=
0
,
127
N
ứng với
a
3
=
0
,
369
m
/
s
2
. Suy ra
k
4
=
F
4
a
4
≈
0
,
344
Khi
F
5
=
0
,
144
N
ứng với
a
1
=
0
,
423
m
/
s
2
. Suy ra
k
5
=
F
5
a
5
≈
0
,
340
Từ đó có thể thấy F và a tỉ lệ thuận với nhau.
Câu hỏi 2 trang 44 Vật Lí 10:
Lời giải:
Để khảo sát sự phụ thuộc của gia tốc vào khối lượng, ta cần thực hiện thí nghiệm cho các xe có khối lượng m khác nhau, tổng hợp các kết quả đo giá trị a của gia tốc khi cảm biến lực cho giá trị như nhau.
Tìm hiểu thêm trang 45 Vật Lí 10:
Hãy tìm hiểu thêm về hai mẫu xe khác và tính các kết quả tương tự cho mỗi xe
Lời giải:
Đổi đơn vị: 0 km/h = 0 m/s; 97 km/h = 27 m/s; 2 tấn = 2000 kg.
Gia tốc của xe:
a
=
v
2
−
v
1
t
=
27
−
0
1
,
98
≈
13
,
6
m
/
s
2
Lực để tạo ra gia tốc đó:
F
=
m
a
=
2000.13
,
6
=
27200
N
Lấy ví dụ về 2 mẫu xe khác.
Ví dụ 1: Airspeeder, mẫu xe đua bay có thể tăng tốc từ 0 lên 100 km/h chỉ trong 2,8 giây và chiếc xe này có khối lượng 130 kg.
Đổi đơn vị: 100 km/h = 27,8 m/s
Gia tốc của xe đua:
a
=
v
2
−
v
1
t
=
27
,
8
−
0
2
,
8
≈
9
,
93
m
/
s
2
Lực để tạo ra gia tốc đó:
F
=
m
a
=
130.9
,
93
=
1290
,
9
N
Ví dụ 2: Pininfarina Battista 2020 đang là siêu xe tăng tốc nhanh nhất thế giới khi chỉ mất 1,9 giây để đạt vận tốc 100 km/h có khối lượng khoảng 1996 kg.
Đổi đơn vị: 100 km/h = 27,8 m/s;
Gia tốc của xe đua:
a
=
v
2
−
v
1
t
=
27
,
8
−
0
1
,
9
≈
14
,
6
m
/
s
2
Lực để tạo ra gia tốc đó:
F
=
m
a
=
1996.14
,
6
=
29141
,
6
N
Vận dụng 1 trang 46 Vật Lí 10:
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.
Lời giải:
a) Đổi đơn vị
Khối lượng 2,140 tấn = 2,140.1000 = 2140 kg
Tải trọng 0,710 tấn = 0,710.1000 = 710 kg
Chiều dài cơ sở 2933 mm = 2933.0,001 = 2,933 m
Tốc độ tối ưu 80 km/h =
80.1000
3600
=
22,22 m/s
b) Khi xe chở đủ tải trọng thì khối lượng tổng thể của cả xe lúc này là
m = 2140 + 710 = 2850 kg.
Xe tăng tốc từ trạng thái nghỉ đến khi đạt tốc độ tối ưu trong 2 giây,
khi đó gia tốc của xe là:
a
=
v
−
v
0
t
=
22
,
22
−
0
2
=
11
,
11
m
/
s
2
Lực tác dụng khi đó:
F = m.a = 2850 . 11,11 = 31635 (N )
Luyện tập trang 47 Vật Lí 10:
Lời giải:
Đơn vị dẫn xuất niuton là đơn vị đo của lực.
Ví dụ như lực F = ma trong đó m là khối lượng (có đơn vị là kg); a là gia tốc (có đơn vị là m/s2) khi đó tổ hợp đơn vị cơ sở của đơn vị dẫn xuất niuton là kg.m/s2.
Vận dụng 2 trang 47 Vật Lí 10:
a)
s
=
v
o
t
+
1
2
a
t
2
b)
s
=
v
2
−
v
0
2
2
a
Lời giải:
a) Biểu thức
s
=
v
o
t
+
1
2
a
t
2
Trong đó:
+ vận tốc v0 có đơn vị là m/s;
+ thời gian t có đơn vị là s;
+ gia tốc a có đơn vị là m/s2,
+ quãng đường s có đơn vị là m.
Dựa vào công thức ta thấy vế phải của biểu thức có tổ hợp đơn vị:
m
s
.
s
+
m
s
2
.
s
2
=
m
(thỏa mãn đơn vị của quãng đường s ở vế trái)
b) Biểu thức
s
=
v
2
−
v
0
2
2
a
Trong đó:
+ Vận tốc v và v0 có đơn vị là m/s;
+ Gia tốc a có đơn vị là m/s2,
+ Quãng đường s có đơn vị là m.
Dựa vào công thức ta thấy về phải của biểu thức có tổ hợp đơn vị:
m
s
2
m
s
2
=
m
(thỏa mãn đơn vị quãng đường s ở vế trái).