Hướng dẫn giải Luyện tập 2 (Trang 91 SGK Vật lý 10, Bộ Cánh diều)

<ol> <li>Nhảy cầu là một môn thể thao. Vận động viên nhảy lên, đạt điểm cao nhất cách mặt nước 10 m,</li> </ol> rồi rơi xuống. Trong quá trình rơi, vận động viên thực hiện các động tác nhào lộn đẹp mắt trước khi chạm nước (hình 2.6). Em hãy ước lượng tốc độ của vận động viên khi chạm nước. Nước trong bể có vai trò như thế nào trong việc đảm bảo an toàn cho vận động viên? 2. Một em bé có khối lượng 20 kg trượt từ đỉnh cầu trượt cao 2 m. Khi tới chân cầu trượt, em bé có tốc độ 4 m/s. Cơ năng của em bé có bảo toàn không? Tại sao? Hướng dẫn giải: 1.  - Chọn mốc tính thế năng ở mặt nước. Khi vận động viên ở điểm cao nhất thì thế năng lớn nhất: Wtmax = mghmax Coi như cơ năng trong quá trình nhảy đến khi chạm nước được bảo toàn, nên khi vận động viên chạm nước thì thế năng lúc này bằng 0 và động năng đạt giá trị lớn nhất: <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><msub><mi>W</mi><mrow><mi>đ</mi><mi>m</mi><mi>a</mi><mi>x</mi></mrow></msub><mo> </mo><mo>=</mo><mo> </mo><mfrac><mrow><mi>m</mi><msup><mi>v</mi><mn>2</mn></msup><mi>m</mi><mi>a</mi><mi>x</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac></math><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mfrac><mn></mn></mfrac></math> Suy ra vận tốc khi vận động viên chạm mặt nước là lớn nhất và bằng: <span id="MathJax-Element-2-Frame" class="mjx-chtml MathJax_CHTML" style="box-sizing: border-box; display: inline-block; line-height: 0; text-indent: 0px; text-align: left; text-transform: none; font-style: normal; font-weight: normal; font-size: 21.78px; letter-spacing: normal; overflow-wrap: normal; word-spacing: normal; white-space: nowrap; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border: 0px; margin: 0px; padding: 1px 0px; position: relative;" tabindex="0" role="presentation" data-mathml="<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><msub><mi>v</mi><mi>max</mi></msub><mo>=</mo><msqrt><mn>2</mn><mi>g</mi><msub><mi>h</mi><mi>max</mi></msub></msqrt><mo>=</mo><msqrt><mn>2.9</mn><mo>,</mo><mn>8.10</mn></msqrt><mo>=</mo><mn>14</mn><mtext>&#x2009;</mtext><mi>m</mi><mo>/</mo><mi>s</mi></math>"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><msub><mi>v</mi><mrow><mi>m</mi><mi>a</mi><mi>x</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mn>2</mn><mi>g</mi><msub><mi>h</mi><mrow><mi>m</mi><mi>a</mi><mi>x</mi></mrow></msub></msqrt><mo>=</mo><msqrt><mn>2</mn><mo>.</mo><mn>9</mn><mo>,</mo><mn>8</mn><mo>.</mo><mn>10</mn></msqrt><mo>=</mo><mn>14</mn><mi>m</mi><mo>/</mo><mi>s</mi></math><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mi></mi></math> - Nước trong bể có vai trò cản trở sự chuyển động của người ở trong nó, giúp chuyển hóa động năng của người thành các dạng năng lượng khác như động năng của nước (vận động viên chuyển động sâu vào trong nước), năng lượng âm, năng lượng nhiệt để giảm vận tốc của người, tránh gây thương tích. 2.  Chọn mốc tính thế năng tại chân cầu trượt. Thế năng tại đỉnh cầu trượt (v = 0, em bé chỉ có thể năng): Wtmax = mgh = 20.9,8.2 = 392 J = W1. Động năng tại chân cầu trượt (h = 0, em bé chỉ có động năng): Wđmax =<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mi>m</mi><msup><mi>v</mi><mn>2</mn></msup><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>.</mo><mn>20</mn><mo>.</mo><msup><mn>4</mn><mn>2</mn></msup><mo>=</mo><mn>160</mn><mi>J</mi></math> Từ đó ta thấy cơ năng tại đỉnh cầu trượt và cơ năng tại chân cầu trượt khác nhau. <span id="MathJax-Element-2-Frame" class="mjx-chtml MathJax_CHTML" style="box-sizing: border-box; display: inline-block; line-height: 0; text-indent: 0px; text-align: left; text-transform: none; font-style: normal; font-weight: normal; font-size: 21.78px; letter-spacing: normal; overflow-wrap: normal; word-spacing: normal; white-space: nowrap; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border: 0px; margin: 0px; padding: 1px 0px; position: relative;" tabindex="0" role="presentation" data-mathml="<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mo>&#x21D2;</mo></math>">⇒Cơ năng trong trường hợp này không bảo toàn do trong quá trình trượt từ đỉnh xuống chân cầu trượt có sự ma sát giữa cơ thể người và bề mặt cầu trượt sinh ra nhiệt, đồng thời phát ra âm thanh. Chứng tỏ cơ năng (thế năng ban đầu ở đỉnh cầu trượt) đã bị chuyển hóa một phần thành nhiệt năng và năng lượng âm.

Xem lời giải bài tập khác cùng bài