ĐỘNG NĂNG CỦA VẬT RƠI TỰ DO


SGK Vật lý 8 – Bài 16, 17

SGK Vật lý 10 – Bài 25, 27

1. Mục tiêu

Tìm hiểu về yếu tố ảnh hưởng đến động năng qua việc khảo sát sự rơi tự do của của quả bóng cao su và bóng golf.

2. Chuẩn bị lý thuyết

Năng lượng của vật có được do chuyển động được gọi là động năng. Động năng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là năng lượng (kí hiệu là Wđ) mà vật có được do nó đang chuyển động và được xác định theo công thức:

Wđ = 1/2mv2

Động năng có thể chuyển hóa thành thế năng. Ví dụ, người đạp xe và xe đạp khi đang chuyển động có một động năng, người đạp xe có thể gặp phải một ngọn đồi cao để đạp lên, chiếc xe đạp dừng ở trên đỉnh. Động năng phần lớn đã chuyển thành thế năng trong trường hợp này.

Ngoài ra động năng có thể truyền từ vật này sang vật khác. Ví dụ, trong trò bi da, người chơi truyền động năng vào quả bi chủ khi thúc bằng cây cơ. Nếu quả bi va chạm với quả bi khác, nó sẽ chậm lại đáng kể và quả bi va chạm sẽ gia tốc với tốc độ tương ứng với động năng đã truyền cho nó. Trong va chạm đàn hồi, động năng bị tiêu tan thành nhiều dạng năng lượng, như nhiệt, âm thanh, năng lượng liên kết.

3. Thí nghiệm với thiết bị Addestation

Dụng cụ

1 aMixer MGA, Bộ thí nghiệm chuyển hóa năng lượng

v300 mô hình thí nghiệm

4. Tiến hành

I. Khảo sát 1: Độ cao và vận tốc của quả bóng rơi

Bước 1: Mở MGA, kết nối cổng quang điện vào CH 1 của MGA. Đặt quả bóng cao su vào lỗ và điều chỉnh sao khoảng cách từ lỗ đến bàn đỡ khoảng 15 cm (h = 15 cm)

v302 đặt bóng cao su vào lỗ

Bước 2: Nhấn vào nút bt0 để bắt đầu thu thập dự liệu. Rút thanh giữ bóng ra để cho bóng rơi xuống

v303 thả cho bóng rơi xuống

Bước 2: Nhấn vào nút bt0 để bắt đầu thu thập dự liệu. Rút thanh giữ bóng ra để cho bóng rơi xuống

v303 thả cho bóng rơi xuống

Bước 3: Sau khi quả bóng chạm vào mặt giá đỡ, sau khi các vùng trũng ‘dày’ xuất hiện trên MGA, nhấn nút bt00 để dừng thu thập dữ liệu. Sau đó nhấn vào biểu tượng bt5 rồi nhấn vào vùng trũng 3 lần để phóng to đồ thị.

v313 đồ thị thu đượcv313 phóng to đồ thị

Bước 4: Tiếp tục nhấn vào giữa vùng trũng đầu tiên để phóng to nó sao cho độ rộng của nó chiếm hơn 1/2 màn hình. Nhấn vào biểu tượng bt8 rồi nhấn chọn 2 điểm trên đồ thị (mỗi khi chọn sẽ có dấu ‘+’ xuất hiện).  Ghi lại giá trị độ lệch thời gian xuất hiện trên màn hình (vùng khoanh ô vuông) vào bảng 1

v314 phóng to vùng trũng 1v314 phân tích đồ thị

Chú ý:

Trong quá trình phóng to, đồ thị có thể bị lệch (không hiện toàn bộ vùng trũng) bạn có thể nhấn vào biểu tượng bt7 sau đó nhấn vào 2 bên rìa của đồ thị để dịch chuyển đồ thị

Khi dấu ‘+’ xuất hiện bạn có thể dịch chuyển vị trí của nó chính xác bằng cách bấm vào các nút mũi tên trên MGA.

v295 phím mũi tên trên MGA

Bước 5: Đặt quả bóng golf vào trong lỗ và lặp lại từ bước 2 đến bước 4 rồi ghi lại giá trị thu được vào bảng 1.

v32b1

II. Khảo sát 2: Độ cao và âm thanh do quả bóng phát ra

Bước 6: Ngắt kết nối cổng quang điện với MGA, kết nối cảm biến âm thanh với bộ phận khuếch đại (power amlifier) vào CH 1 của MGA. Chọn “Cảm biến âm thanh” rồi nhấn “Chạy”.

v301 chọn cảm biến âm thanh

Bước 7: Đặt quả bóng cao su vào lỗ, nhấn vào nút bt0 để bắt đầu thu thập dự liệu. Rút thanh giữ bóng ra để cho bóng rơi xuống

Bước 8: Sau khi quả bóng chạm vào mặt giá đỡ, nhấn nút  bt00 để dừng thu thập dữ liệu. Sau đó nhấn vào biểu tượng bt4 để mở rộng đồ thị, rồi nhấn vào biểu tượng  bt8, chọn điểm cao nhất của đồ thị. Một dấu ‘+’ sẽ xuất hiện. Tiếp theo nhấn tiếp vào điểm thấp nhất của đồ thị. Ghi lại giá trị độ lệch biên độ vào Bảng 2.

v304 đồ thị thu đượcv304 phân tích đồ thị

Bước 8: Lặp lại bước 6 và 7 nhưng thay bằng quả bóng golf. Ghi lại giá trị thu được vào Bảng 2.

v32b2

 

5. Kết luận

Như vậy, thiết bị thí nghiệm Addest cho phép ta đo đạc và phân tích chính xác về động năng của vật thông qua vận tốc và âm thanh phát ra khi nó rơi xuống.

Các câu hỏi thảo luận:

1. Dựa vào giá trị khoảng thời gian thu được trong Bảng 1, rút ra vận tốc của bóng (biết rằng đường kính của bóng cao su là 0.045 m và bóng golf là 0.0428 m). So sánh vận tốc của chúng.

2. Dựa vào bảng giá trị 2, so sánh năng lượng âm do 2 bóng này sinh ra?

3. Từ 2 câu hỏi bên trên đưa ra kết luận về sự phụ thuộc của động năng vào yếu tố độ cao, khối lượng như thế nào?