iải sách bài tập Vật lí lớp 10 Bài 12: Chuyển động của vật trong chất lưu

A. Trắc nghiệm

Câu 12.1 trang 36 SBT Vật lí 10: Trong các trường hợp sau, trường hợp nào vật chịu tác dụng lực cản của nước?

A. Một chiếc ca nô đang neo đậu tại bến.

B. Bạn An đang tập bơi.

C. Một khúc gỗ đang trôi theo dòng nước chảy nhẹ.

D. Một vật đang nằm lơ lửng cân bằng trong nước.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

A ca nô chịu lực đẩy của nước.

B An chịu lực cản của nước.

C khúc gỗ chịu tác dụng lực đẩy của nước.

D vật chịu tác dụng của lực đẩy Archimedes và trọng lực, hai lực cân bằng nhau.

Câu 12.2 trang 37 SBT Vật lí 10: Các tàu ngầm thường được thiết kế giống với hình dạng của cá heo để:

A. giảm thiểu lực cản.

B. đẹp mắt.

C. tiết kiệm chi phí chế tạo.

D. tăng thể tích khoang chứa..

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Các tàu ngầm thường được thiết kế giống với hình dạng của cá heo để làm giảm thiểu lực cản. Đó chính là hình dạng khí động học.

Câu 12.3 trang 37 SBT Vật lí 10: Hình dạng nào của vật cho lực cản nhỏ nhất?

A. Khối cầu.

B. Hình dạng khí động học.

C. Khối lập phương.

D. Khối trụ dài.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Vật có hình dạng khí động học sẽ chịu tác dụng lực cản nhỏ nhất.

Câu 12.4 trang 37 SBT Vật lí 10: Chọn phát biểu đúng.

A. Độ lớn của lực cản càng lớn khi diện tích mặt cản càng nhỏ.

B. Độ lớn của lực cản không phụ thuộc vào tốc độ của vật.

C. Vật đi càng nhanh thì lực cản của không khí càng nhỏ.

D. Tờ giấy để phẳng rơi chậm hơn hòn đá khi cùng được thả từ trạng thái nghỉ trong không khí.

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

A sai vì độ lớn của lực cản càng lớn khi diện tích mặt cản càng lớn.

B sai vì độ lớn lực cản phụ thuộc vào tốc độ của vật.

C sai vì vật đi càng nhanh thì lực cản không khí càng lớn.

D đúng vì tờ giấy để phẳng chịu lực cản không khí lớn hơn rất nhiều so với hòn đá.

B. Tự luận

Bài 12.1 trang 37 SBT Vật lí 10: Hình 12.1 biểu diễn các lực tác dụng lên quả tennis đang rơi thẳng đứng. Hãy cho biết lực $\overrightarrow{D}$ là lực gì. Cho m = 56 g, hãy tính gia tốc của quả tennis.

Lời giải:

Lực $\overrightarrow{D}$ là lực cản của không khí, có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên.

Theo định luật II Newton, gia tốc của vật có hướng theo chiều dương chuyển động, có độ lớn là :

$$\begin{gathered} a=\frac{m.g-D}{m}=\frac{1-0,2}{0,056} \\ \approx 14,3m/s^2 \end{gathered}$$

Bài 12.2 trang 37 SBT Vật lí 10: Xét một viên bi có khối lượng m đang rơi trong không khí. Hãy biểu diễn các lực tác dụng lên viên bi đang rơi đều.

Lời giải:

Khi viên bi rơi đều thì lực cản không khí và trọng lực tác dụng lên vật có độ lớn bằng nhau. Hai lực này cân bằng.

Bài 12.3 trang 38 SBT Vật lí 10: Một số loài chim khi di cư xa thường bay thành từng đàn có hình góc nhọn (Hình 12.2). Tại sao lại có sự sắp xếp như vậy?

Lời giải:

Con chim khỏe nhất sẽ bay trước. Không khí trườn quanh thân của chim đầu đàn sẽ giúp giảm lực cản của không khí tác dụng lên các con chim bay phía sau. Khi đàn chim bay theo góc nhọn, trong giới hạn của góc này, các con chim trong đàn bay được dễ dàng về phía trước.

Bài 12.4 trang 38 SBT Vật lí 10: Một hòn đá được thả rơi vào chất lỏng. Sau một khoảng thời gian, người ta quan sát thấy hòn đá chuyển động thẳng đều. Khi đó, các lực tác dụng lên vật được biểu diễn như Hình 12.3. Hình 12.3 đã biểu diễn đủ các lực tác dụng lên vật chưa? Nếu chưa, hãy bổ sung và tính độ lớn của lực còn thiếu.

Lời giải:

Hình 12.3 còn thiếu lực cản của nước:

Khi hòn đá chuyển động thẳng đều:

$F_c=P-F_A=2,5-0,5=2N$

Bài 12.5* trang 38 SBT Vật lí 10: Hãy giải thích tại sao khi xét chuyển động rơi của vật, trong nhiều trường hợp ta chỉ xét tác dụng của trọng lực và lực cản không khí, có thể bỏ qua lực nâng của không khí. So sánh lực nâng của không khí và trọng lượng của một viên bi làm từ lithium nguyên chất để rút ra kết luận. Biết lực nâng của không khí có biểu thức tương tự lực nâng của nước, khối lượng riêng của không khí ở 20⁰C là 1,20 kg/m³, khối lượng riêng của lithium là 530 kg/m³. Tại sao lại chọn lithium là vật liệu so sánh?

Lời giải:

Ta có:

$$\begin{gathered} \frac{F_{kk}}{P}=\frac{{\rho }_{kk}.g.V}{{\rho }_{Li}.g.V}=\frac{{\rho }_{kk}}{{\rho }_{Li}} \\ =\frac{1,20}{530}\approx 2,{3.10}^{-3} \end{gathered}$$

Ở điều kiện bình thường, lực nâng của không khí rất nhỏ so với trọng lượng của vật nên ta có thể bỏ qua.

Chọn lithium là vật liệu so sánh vì cho tới hiện tại, lithium là kim loại nhẹ nhất.

Bài 12.6* trang 39 SBT Vật lí 10: Khi một quả cầu chuyển động trong chất lỏng, vật chịu tác dụng của lực cản được gọi là lực nội ma sát. Biểu thức độ lớn của lực nội ma sát được xác định bởi định luật Stokes: $f=6\pi .r.v.\eta$.

Trong đó:

f là lực nội ma sát (N)

r là bán kính quả cầu (m)

v là tốc độ tức thời của quả cầu (m/s)

$\eta$ là hệ số ma sát nhớt hay độ nhớt của chất lỏng (Pa.s)

Khi chuyển động của quả cầu đạt trạng thái ổn định, quả cầu chuyển động với tốc độ bão hòa được xác định bởi biểu thức

$v_{bh}=\frac{2r^2.g.\left(\sigma -\rho \right)}{9\eta }$

Trong đó:

V_bh là tốc độ bão hòa (m/s)

g là gia tốc trọng trường (m/s²)

$\sigma$ là khối lượng riêng của quả cầu (kg/m³)

$\rho$ là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m³)

Xét một quả cầu đang rơi thẳng đều trong một chất lỏng với các thông số sau:

Đường kính của quả cầu = 3,0 mm

Khối lượng riêng của quả cầu = 2 500 kg/m³

Khối lượng riêng của chất lỏng = 875 kg/m³

Tốc độ bão hòa = 160 mm/s

Biết gia tốc trọng trường là 9,8 m/s². Hãy xác định độ nhớt của chất lỏng và độ lớn của lực nội ma sát tác dụng lên vật đang chuyển động ở tốc độ bão hòa.

Lời giải:

Độ nhớt của chất lỏng:

$$\begin{gathered} \eta =\frac{2r^2.g.\left(\sigma -\rho \right)}{9v_{bh}} \\ \approx 5,{0.10}^{-2}Pa.s \end{gathered}$$

Độ lớn của lực nội ma sát tác dụng lên vật ở tốc độ bão hòa:

$f=6\pi .r.v.\eta =2,{3.10}^{-4}N$