Quá trình rơi tự do của vật là gì? Vật lý lớp 10

Buzz

Nội dung bài viết

1. Giải bài tập

2. Ôn tập kiến thức về động năng và thế năng

3. Một số bài tập ứng dụng liên quan

Xem thêm

1. Giải bài tập

Câu hỏi: Trong quá trình rơi tự do của một vật, điều gì xảy ra?

A. Động năng gia tăng, thế năng giảm

B. Động năng gia tăng, thế năng cũng tăng

C. Động năng giảm, thế năng cũng giảm

D. Động năng giảm, thế năng gia tăng

Đáp án đúng là A

Hướng dẫn giải:

Trong lý thuyết vật lý Newton, chuyển động rơi tự do đề cập đến sự di chuyển của vật dưới tác động duy nhất của trọng lực, không có lực khác can thiệp. Theo thuyết tương đối rộng, trọng lực ảnh hưởng đến không gian-thời gian, làm cho vật di chuyển theo đường cong trắc địa. Sự khác biệt trong tốc độ rơi của các vật thể trong không khí là do lực cản không khí, điều này có thể được loại bỏ để làm cho tất cả các vật thể rơi với tốc độ giống nhau. Khi không có lực cản, chuyển động rơi tự do hoàn toàn là kết quả của trọng lực.

Chuyển động rơi tự do đặc trưng bởi việc di chuyển thẳng đứng và đều xuống dưới. Khi bỏ qua các yếu tố như lực cản và ma sát, chuyển động này có thể được coi là mô hình lý tưởng. Trong suốt quá trình rơi, cơ năng của vật được bảo toàn vì không có lực nào khác tác động. Khi vật rơi xuống, độ cao giảm dẫn đến sự giảm thế năng và tăng cơ năng của vật, dựa trên nguyên lý bảo toàn năng lượng.

2. Ôn tập kiến thức về động năng và thế năng

$rac{1}{2}.mv^{2}$

Thế năng là loại năng lượng mà vật có được do vị trí của nó trong một lực trường, như trường trọng lực. Đơn vị đo của thế năng là joule (J). Trong trường hợp trọng lực, thế năng được tính bằng công thức: Wt = P.h = mgh, với m là khối lượng vật, g là gia tốc trọng trường, và h là độ cao so với điểm tham chiếu.

Nguyên lý bảo toàn năng lượng khẳng định rằng tổng năng lượng trong một hệ thống cô lập luôn giữ nguyên.

Biểu thức toán học: Đối với một hệ thống không bị tác động bởi lực ngoại, tổng năng lượng (bao gồm động năng và thế năng) trong hệ thống sẽ không thay đổi.

Chuyển đổi giữa động năng và thế năng: Biểu thức toán học: Trong một hệ thống khép kín không có sự mất mát năng lượng, động năng có thể chuyển thành thế năng và ngược lại. Ví dụ, khi một vật rơi tự do, động năng của nó tăng lên trong khi thế năng giảm, và ngược lại.

Ứng dụng thực tiễn: Động năng thường được dùng để mô tả chuyển động của các vật thể. Thế năng được áp dụng trong các tình huống liên quan đến năng lượng trong trường trọng lực, như khi nâng một vật lên hoặc khi vật rơi tự do.

3. Một số bài tập ứng dụng liên quan

Bài 1. Một vật được thả rơi tự do mà không có vận tốc ban đầu. Trong suốt quá trình chuyển động của vật,

A. Khi thế năng của vật tăng lên, trọng lực thực hiện công dương

B. Khi thế năng của vật giảm xuống, trọng lực thực hiện công âm

C. Khi thế năng của vật tăng lên, trọng lực thực hiện công âm

D. Khi thế năng của vật giảm, trọng lực thực hiện công dương

Đáp án chính xác là D

Bài 2. Một vật rơi tự do từ độ cao 120m. Với gia tốc trọng trường g = 10m/s² và bỏ qua sức cản không khí, động năng của vật gấp đôi thế năng tại độ cao nào?

A. 40m

B. 30m

C. 10m

D. 20m

Đáp án chính xác là D

Hướng dẫn giải:

Chọn mặt đất làm điểm gốc của thế năng.

$rac{1}{2}.mv_{1}^{2}$

Cơ năng của vật tại vị trí mà động năng gấp đôi thế năng được tính như sau: { W_2 = W_{đ2} + W_{t2}; W_{đ2} = 2 W_{t2} } ⇒ W_2 = 2 W_{t2} + W_{t2} = 3 W_{t2}

Bài 3. Một thang máy có khối lượng 1 tấn di chuyển từ tầng cao nhất, cách mặt đất 100 m, xuống tầng thứ 10, cách mặt đất 40 m. Với g = 9,8 m/s², nếu chọn tầng 10 làm điểm gốc thế năng, thì thế năng của thang máy tại tầng cao nhất là:

A. 598 kJ

B. 392 kJ

C. 588 kJ

D. 980 kJ

Đáp án chính xác là C

Hướng dẫn giải:

Khi chọn tầng 10 làm điểm gốc thế năng, độ cao của thang máy tại tầng cao nhất so với điểm gốc là z = 100 - 40 = 60 m. Do đó, thế năng của thang máy tại tầng cao nhất là: W_t = mgz = 1000 × 9,8 × 60 = 588000 J = 588 kJ

Bài 4. Một vật có khối lượng 10 kg, với gia tốc trọng trường g = 10 m/s². Tính thế năng của vật tại đáy giếng, cách mặt đất 5 m, với điểm gốc thế năng đặt tại mặt đất.

A. 500 J.

B. -400 J.

C. 400 J.

D. -500 J.

Đáp án chính xác là D.

Áp dụng công thức tính thế năng trọng trường của vật, ta có: Wt = m.g.h = 10.10.(-5) = -500 (J) (do mốc tính thế năng ở mặt đất).

Bài 5. Từ độ cao 180 m, một vật nặng được thả rơi không vận tốc ban đầu. Bỏ qua sức cản không khí và lấy g = 10 m/s². Chọn gốc thế năng tại mặt đất. Khi thế năng bằng động năng, vật có độ cao h và vận tốc v. Giá trị h và v gần giá trị nào sau đây nhất?

A. 2,0.

B. 2,5.

C. 3,0.

D. 3,5.

Đáp án chính xác là: A.

Gọi A là điểm vật được thả, B là điểm có độ cao h và vận tốc v.

$\frac{1}{2}$ $v_{A}^{2}$

$v_{B}^{2}$

Bài 6. Một vật rơi tự do từ độ cao 120 m, với g =10m/s^2. Bỏ qua sức cản không khí. Tính toán độ cao tại đó động năng gấp đôi thế năng.

Chọn mặt đất làm gốc thế năng.

Ta có: Cơ năng lúc bắt đầu thả vật: W = mgh

Cơ năng khi động năng gấp ba lần thế năng: W' = Wt + Wđ = Wt + 2Wt = 3Wt = 3mgh'

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: W = W' <=> mgh = 3mgh' <=> h' = 40 m

Bài 7. Một vật có khối lượng 2000g được thả từ độ cao 10m xuống đất với vận tốc 4 m/s. Cho g = 10m/s2. Tính toán:

a) Tính động năng, thế năng và cơ năng của vật tại độ cao đó

b) Xác định động năng và vận tốc của vật khi rơi đến độ cao 9m

c) Tìm độ cao tại đó thế năng bằng một nửa động năng

Hướng dẫn giải:

a) Động năng, thế năng và cơ năng của vật tại độ cao đó được tính như sau:

Wt = mgh = 2. 10. 10 = 200 J

$rac{1}{2} mv^{2}$

$4^{2}$

W = Wt + Wđ = 200 + 16 = 216 J

$v_{9m}^{2}$ $v_{9m}^{2}$ $v_{9m}$

Động năng của vật tại độ cao này là: Wđ = 36 J

c) Xác định chiều cao khi thế năng bằng một nửa động năng, ký hiệu là h'

Nội dung được phát triển bởi đội ngũ Mytour với mục đích chăm sóc khách hàng và chỉ dành cho khích lệ tinh thần trải nghiệm du lịch, chúng tôi không chịu trách nhiệm và không đưa ra lời khuyên cho mục đích khác.

Nếu bạn thấy bài viết này không phù hợp hoặc sai sót xin vui lòng liên hệ với chúng tôi qua email [email protected]

Các câu hỏi thường gặp

Trong quá trình rơi tự do của một vật, động năng và thế năng thay đổi như thế nào?

Khi một vật rơi tự do, động năng của nó gia tăng trong khi thế năng giảm. Điều này xảy ra do vật đang mất độ cao, dẫn đến giảm thế năng theo nguyên lý bảo toàn năng lượng.

Công thức nào được sử dụng để tính thế năng của một vật trong trường trọng lực?

Thế năng của một vật trong trường trọng lực được tính theo công thức Wt = mgh, trong đó m là khối lượng vật, g là gia tốc trọng trường, và h là độ cao so với điểm tham chiếu.

Khi động năng gấp đôi thế năng, vật có độ cao và vận tốc như thế nào?

Khi động năng gấp đôi thế năng, điều này có nghĩa là cơ năng tổng cộng của vật đang được phân chia giữa động năng và thế năng, với một tỷ lệ cụ thể giữa hai loại năng lượng này.

Tại sao chuyển động rơi tự do được coi là mô hình lý tưởng trong vật lý?

Chuyển động rơi tự do được coi là mô hình lý tưởng vì nó chỉ chịu tác động của trọng lực mà không có lực cản hay ma sát. Điều này cho phép việc tính toán trở nên chính xác hơn trong lý thuyết.

Làm thế nào để xác định động năng và thế năng của một vật khi nó rơi từ một độ cao nhất định?

Để xác định động năng và thế năng của một vật khi rơi, ta cần biết khối lượng, độ cao và gia tốc trọng trường. Sử dụng các công thức tính toán phù hợp sẽ cho ra kết quả chính xác.