5 trong những Bài Giảng Hay Nhất về Chuyển Động Ném và Những Đặc Điểm Lạ của Nó

Nhảy trampoline nghe có vẻ vui. Nhảy trampoline trong khi nó đang lăn bánh xuống con đường bụi trông thậm chí còn tuyệt vời hơn. Đó chính xác là điều mà Dunkin Devils, một đội ngũ người biểu diễn nguy hiểm đến từ Slovenia, đã thực hiện trong một bài đăng gần đây trên Instagram. Trông nó tuyệt vời đến mức nó gần như là không thể. Tất nhiên, đó không phải là ma thuật—đó chỉ là vật lý. Đặc biệt, đó là một ví dụ tuyệt vời về chuyển động ném.

Giả sử bạn ném một đối tượng gần bề mặt của trái đất. Nếu lực duy nhất quan trọng trên đối tượng là lực trọng trường không đổi hướng xuống, chúng ta gọi đó là "chuyển động ném." Vâng, quả bóng tennis bạn ném qua phòng là chuyển động ném. Lật đồng xu—tâm khối ở chuyển động ném. Như bạn có thể đoán được, một chàng trai nhảy trampoline di động cũng là một ví dụ về chuyển động ném.

Đối với những loại chuyển động như vậy, những điều sau đây phải đúng:

• Chuyển động ngang và chuyển động dọc của đối tượng là độc lập (ngoại trừ thời gian tổng cộng).
• Lực gia tốc dọc là không đổi (ở –9.8 m/s²).
• Vận tốc ngang là không đổi.

Đó chủ yếu là những điều đó. Bạn có thể thực hiện rất nhiều điều vật lý thú vị chỉ bằng ba ý tưởng đó. Với điều đó trong tâm trí, hãy để tôi giới thiệu cho bạn những bài thực hành chuyển động ném yêu thích của tôi.

Rơi và Bắn

Nếu bạn bắn một quả bóng theo hướng ngang và ném một quả từ cùng một độ cao vào cùng một thời điểm, điều gì sẽ xảy ra? Kiểm tra điều này (nó được thực hiện ở chế độ chậm):

Bạn đã chú ý rằng cả hai quả bóng bắt đầu ở cùng một độ cao và chạm đất vào cùng một thời điểm chưa? Không quan trọng là quả bóng nào có vận tốc ngang, vì chuyển động này không phụ thuộc vào chuyển động dọc. Cả hai quả bóng đều bắt đầu ở cùng một vị trí dọc và có cùng vận tốc dọc (là zero m/s), vì vậy chúng có cùng chuyển động theo hướng dọc và chạm đất vào cùng một thời điểm. Khá tuyệt vời, phải không?

Chuyển động này được tạo ra bằng một thiết bị đặc biệt có thể bắn và ném hai quả bóng, nhưng bạn cũng có thể làm điều tương tự chỉ với một số đồng xu. Đặt một đồng xu ở mép của bàn, sao cho nó chỉ sắp rơi xuống. Lấy đồng xu khác và flick nó về phía đồng xu mép. Khi chúng va vào nhau, hai đồng xu sẽ rơi xuống—nhưng với vận tốc ngang khác nhau. Chúng vẫn sẽ chạm đất vào cùng một thời điểm. Dưới đây là một ví dụ chậm lại.

Nhưng chờ đã! Còn nhiều hơn nữa. Nếu bạn bắn quả bóng ngang với một tốc độ giống như đạn siêu nhanh? Có lẽ bạn có thể làm điều này với một viên đạn thực sự? MythBusters đã thử nghiệm điều này trong một trong những tập của họ. (Tôi cũng là một cố vấn cho chương trình.) Mẹo vẫn hoạt động, nhưng bạn phải sử dụng một viên đạn nặng để có thể bỏ qua lực cản không khí.

Chuyển Động Dọc Trên Xe Đẩy Ngang

Lịch sử, điều này được gọi là bài thể hiện vật lý của xe pháo tự hành. Một chiếc xe đang di chuyển với tốc độ hằng định trên một đường ray ngang. Tại một điểm nào đó trong chuyển động của nó, chiếc xe bắn một quả bóng thẳng lên trời. Bum. Quả bóng rơi ngay vào xe. Đây là cái nhìn của nó.

Ở đây có gì đang xảy ra? Thực ra, đây khá giống với bài thể hiện trước đó, cho thấy chuyển động dọc và ngang của một vật thể đều độc lập. Trong trường hợp này, quả bóng được phóng có cùng vận tốc ngang như chiếc xe. Vì chiếc xe và quả bóng có cùng vận tốc ngang, quả bóng luôn ở trên chiếc xe và rơi ngay vào đó. Điều tương tự đang xảy ra với những người nhảy trampoline di chuyển.

Bạn cũng có thể thử nghiệm điều này tự mình. Chỉ cần ngồi trong một chiếc xe (để người khác lái) và chờ đến khi có một phần của con đường là phẳng và bằng phẳng. Trong khi xe duy trì một tốc độ hằng định, ném quả bóng lên trời (bên trong xe) và sau đó bắt nó. Bạn vừa làm điều giống như những người nhảy trampoline—nhưng nó không trông bằng cách. Nếu bạn có thể nhìn thấy quả bóng ném từ bên ngoài chiếc xe, có lẽ nó sẽ trông tốt hơn. Nhưng đó là cùng một điều.

Ống Nước Là Chuyển Động Ném

Nếu bạn lấy một ống nước vườn và phun nước theo một góc, đó chủ yếu là chuyển động ném. Hãy nhớ—miễn là một vật chỉ có lực trọng trường tác động, chuyển động của nó sẽ là chuyển động ném. Nếu bạn xem xét mỗi phân tử nước nhỏ trong dòng nước, điều này không hoàn toàn đúng. Phân tử nước tương tác với phần còn lại của nước xung quanh nó. Tuy nhiên, hầu hết những tương tác này cộng dồn theo một cách sao cho chúng hoặc hủy bỏ hoặc là không đáng kể. Cuối cùng, bạn sẽ có nước hành vi giống như chuyển động ném.

Ồ, tôi thậm chí đã xem xét quỹ đạo của một đường nước để chỉ ra rằng đó thực sự là một parabol—đúng như chuyển động ném nên có.

Nếu bạn không muốn rút ống nước, bạn cũng có thể làm điều này với một cốc hoặc một lon. Hãy thử đặt một lỗ nhỏ gần đáy cốc và sau đó đổ nước vào. Nước sẽ bắn ra theo hướng ngang, giống như chuyển động ném. Nhưng phần thú vị của bài thể hiện này là tốc độ ban đầu của nước rời khỏi cốc phụ thuộc vào độ sâu của nước. Khi nước rót đi, tốc độ "phóng" cũng giảm đi.

Giờ hãy thử một điều khác. Lấy cốc nước rò rỉ của bạn và đặt nó xuống. Khi nó rơi, sẽ không có nước nào chảy ra khỏi lỗ. Tại sao? Bây giờ rằng cốc (và nước) đang rơi, không còn áp suất trọng trường nào đẩy nước ra khỏi cốc vì cốc cũng đang rơi. Hoặc, bạn có thể giải thích theo cách của Einstein: Khi bạn đang rơi với gia tốc bằng trường trọng trường, không có trọng lực nào trong khung tham chiếu của cốc đang rơi. Không có trọng lực có nghĩa là không có gì đẩy nước xuống và ra khỏi lỗ.

Hai Quả Bóng Được Phóng Theo Góc Khác Nhau

Giả sử bạn lấy một quả bóng và phóng nó từ mặt đất với một vận tốc ban đầu ở một góc nào đó so với phương ngang (gọi là góc θ). Sau khi bóng rời bộ phát (hoặc bất cứ thứ gì làm nó chuyển động), nó di chuyển lên và sau đó đi xuống. Đồng thời, nó di chuyển theo phương ngang. Càng lớn vận tốc theo chiều dọc, thời gian bóng ở trong không khí càng lâu và có nhiều thời gian để di chuyển theo phương ngang hơn. Tuy nhiên, khi bạn phóng ở các góc lớn, vận tốc theo chiều ngang giảm đi.

Vậy, bạn đối mặt với một vấn đề. Nếu bạn phóng ở góc cao quá, bóng sẽ ở trong không khí trong thời gian dài nhưng với vận tốc ngang nhỏ đến mức nó không đi xa. Nếu bạn phóng ở góc thấp quá, bóng có vận tốc ngang lớn nhưng thời gian rất ngắn.

Chắc bạn biết rằng quả bóng đi phương xa nhất khi được phóng ở góc 45 độ (cảnh báo—điều này chỉ đúng trên bề mặt phẳng). Nhưng có thể bạn chưa biết rằng có hai góc khác nhau có thể đạt được cùng một khoảng cách. Nếu bạn phóng một quả bóng với góc 25 độ và một quả khác với góc 65 độ, chúng sẽ đi cùng một khoảng cách.

Đây, kiểm tra nó. Đây là một mô hình Python cho hai quả bóng này.

Nếu bạn muốn chạy lại mô hình, hãy nhấp vào nút Play. Hoặc thậm chí tốt hơn, nhấp vào biểu tượng bút chì và bạn có thể chỉnh sửa mã. Bạn có thể thay đổi góc phóng và xem điều gì xảy ra với khoảng cách. Sẽ rất thú vị.

Bắn Mục Tiêu Rơi

Tôi để phần hay nhất ở cuối. Hãy tưởng tượng bạn có một máy bắn bóng và bạn muốn bắn trúng một mục tiêu nào đó đang treo từ trần. Bạn sẽ nhắm như thế nào? Nếu bạn nhắm thẳng vào mục tiêu, quả bóng sẽ đi theo đường parabol và kết thúc dưới mục tiêu, là một cú hụt. Bạn có thể tính toán góc bắn chính xác (nhắm cao hơn mục tiêu) để đánh trúng nó.

Bây giờ giả sử ngay khi bạn phóng quả bóng, mục tiêu rơi. Mục tiêu đang gia tốc xuống khi quả bóng đang di chuyển đến nó. Liệu bạn có thể đánh trúng một mục tiêu rơi như vậy không? Câu trả lời: có. Kiểm tra điều này.

Nó có vẻ điên rồ, phải không? Điều gì đang xảy ra? Có lẽ tốt nhất là nhìn vào tình huống này trong khung tham chiếu tự do. Tưởng tượng ngay sau khi quả bóng được bắn từ máy bắn, bạn bắt đầu rơi tự do. Bây giờ bạn, quả bóng và mục tiêu đều gia tốc xuống với –9.8 m/s². Trong khung tham chiếu gia tốc này, như là không có trọng lực. Quả bóng di chuyển theo đường thẳng và đánh trúng mục tiêu (mà chỉ ở yên).

Trong khung tham chiếu không rơi, quả bóng và mục tiêu có cùng gia tốc dọc. Điều này có nghĩa là sự thay đổi trong quỹ đạo của quả bóng do trọng lực chính xác phù hợp với sự thay đổi vị trí của mục tiêu đang rơi. Kết quả là một cú trúng.

Tôi thực sự thích thú với bản demo này. Phiên bản bạn thấy ở trên sử dụng một elektromagnet để giữ mục tiêu lên. Có một cảm biến ánh sáng ở cuối máy bắn sao cho khi quả bóng rời đi, nó phá vỡ tia hồng ngoại. Với sự chia rẽ này trong tia, elektromagnet tắt và thả quả bóng. Kế hoạch của tôi là xây dựng một phiên bản đơn giản hơn sử dụng một elektromagnet tắt khi quả bóng rời đi và đẩy mở một công tắc nhỏ. Có lẽ tôi sẽ xây dựng nó một ngày gần đây.

Những bài viết xuất sắc khác từ MYTOUR

• Thỏ bây giờ là sinh vật đáng sợ nhất của Hollywood
• Diễn ra gì thực sự trong cuộc họp VC?
• Cây cầu Tower, kỳ công kỹ thuật ở London, đã qua 125 năm
• Mức giá phải chăng để giảm ùn tắc ở New York là bao nhiêu?
• Giá thực sự của phong trào chống vắc xin
• 👀 Bạn đang tìm kiếm các thiết bị mới nhất? Kiểm tra các hướng dẫn mua sắm và các ưu đãi tốt nhất của chúng tôi suốt cả năm
• 📩 Muốn thêm? Đăng ký nhận bản tin hàng ngày của chúng tôi và không bao giờ bỏ lỡ những câu chuyện mới và xuất sắc nhất của chúng tôi