Chương VIII · Lực trong đời sống · SGK trang 160–161
Nêu được vật chuyển động trong nước chịu lực cản của nước và lực này có xu hướng chống lại chuyển động tương đối với nước.
Mô tả được cách dùng xe lăn – tấm cản – lực kế so sánh lực kéo khi chưa có nước và khi có nước, trong những điều kiện giống nhau.
Rút ra nhận xét: trong cùng điều kiện, diện tích mặt cản lớn hơn thường gây lực cản lớn hơn; biết giữ nguyên tốc độ và cách bố trí khi so sánh.
Giải thích hình dạng thuôn dài của cá, tàu ngầm; đề xuất cách giảm lực cản khi chuyển động trong nước và nhận diện lực cản của không khí.
Khi xe lăn có tấm cản chuyển động trong nước, nước tác dụng lực cản lên xe, khiến việc kéo đều khó hơn so với trong không khí. Trong thí nghiệm thẳng, nước gần đứng yên, lực cản có xu hướng ngược chiều chuyển động của xe.
Giữ nguyên xe, môi trường nước, tốc độ kéo và hướng đặt tấm cản. Thay lần lượt tấm cản nhỏ và tấm cản lớn rồi đọc lực kế. Tấm có diện tích mặt cản lớn hơn thường làm lực cản mạnh hơn.
Cá, tàu ngầm và thân tàu được thiết kế để chuyển động thuận lợi trong nước. Cùng diện tích mặt cản, hình dạng cũng ảnh hưởng lực cản; không chỉ phụ thuộc diện tích.
Người đi xe đạp cúi người và sử dụng mũ khí động học để giảm lực cản không khí. Tác dụng của nước và không khí có điểm tương đồng nhưng không thể coi lực cản ở hai môi trường luôn bằng nhau.
Một bạn đi bộ trong bể cạn khó di chuyển hơn trên sân. Giải thích.
Nước tác dụng lực cản lên chân và cơ thể đang chuyển động tương đối với nước. Không kết luận mọi khác biệt chỉ do lực cản: độ nổi và điều kiện bước đi cũng thay đổi.
Trong mô hình kéo đều xe ở cùng tốc độ, lực kế trước khi có nước chỉ 1,2 N; khi có nước chỉ 2,3 N. Nêu nhận xét.
Số chỉ tăng 2,3 − 1,2 = 1,1 N. Theo giả thiết các lực cản khác không đổi, độ tăng này là phần lực kéo bổ sung để thắng lực cản của nước.
Một nhóm kéo xe rất nhanh trong lần có nước, nhưng chậm trong lần không nước. Có thể kết luận chắc chắn không?
Không. Đã thay đổi tốc độ, một yếu tố ảnh hưởng đến lực cản. Cần giữ tốc độ gần giống nhau, dùng cùng xe và cùng tấm cản.
Kéo cùng xe đều trong nước: tấm 18 cm² cho số chỉ 2,3 N; tấm 32 cm² cho 3,1 N. Rút ra kết luận.
Khi các điều kiện khác như nhau, tấm 32 cm² cản nước mạnh hơn trong thí nghiệm giả lập này.
Một tấm rộng 6 cm, cao 3 cm; tấm còn lại rộng 8 cm, cao 4 cm. Tính diện tích mặt cản.
Tấm A có diện tích 18 cm²; tấm B 32 cm². Đặt tấm vuông góc chiều chuyển động và giữ tốc độ tương tự để so sánh.
Chiếc thuyền di chuyển sang phải so với mặt nước gần đứng yên. Chiều lực cản nước tác dụng lên thuyền là gì?
Trong mô hình chuyển động thẳng này, lực cản nước thường hướng sang trái, ngược với vận tốc tương đối của thuyền so với nước.
Một tấm cản đứng yên trong nước đứng yên. Có thể vẽ lực cản do chuyển động bằng một mũi tên khác 0 không?
Không. Trong mô hình không có chuyển động tương đối, không có lực cản do chuyển động. Vật vẫn có thể chịu những lực khác như trọng lực và lực đẩy của nước.
Hai lần thí nghiệm dùng cùng tấm nhưng ở lần sau xoay cạnh mỏng ra trước. Vì sao lực cản có thể giảm?
Diện tích hình chiếu đối diện dòng nước giảm. Với tốc độ và các yếu tố khác tương đương, lực cản có thể giảm.
Vì sao cá ngừ và cá kiếm có hình dạng thuôn dài?
Hình dạng thuôn giúp nước chảy qua cơ thể thuận lợi hơn và có thể giảm lực cản khi bơi so với hình dạng tù, bè ngang ở điều kiện tương tự.
Trong thí nghiệm, lực kế có GHĐ 5 N nhưng khi kéo kim có xu hướng vượt 5 N. Nên làm gì?
Dừng kéo, chọn lực kế có GHĐ phù hợp hoặc điều chỉnh thí nghiệm. Không cố kéo quá GHĐ vì có thể hỏng dụng cụ.
Ba số chỉ lực kế khi kéo cùng xe trong nước lần lượt là 2,2; 2,3 và 2,4 N. Tính trung bình.
Trung bình: (2,2 + 2,3 + 2,4)/3 = 2,3 N. Việc đo lặp lại giúp đánh giá sự dao động số đo.
Tàu ngầm chậm hơn máy bay: liệu chỉ từ tốc độ có suy ra hoàn toàn do lực cản nước không?
Không. Lực cản môi trường là một yếu tố, song tốc độ còn phụ thuộc động cơ, thiết kế, điều kiện vận hành và mục đích sử dụng. Không so sánh hai loại phương tiện bằng một nguyên nhân duy nhất.
Các lực hiển thị dưới đây là số liệu giả lập theo quy tắc minh họa, không thay thế thí nghiệm thực, không được dùng như công thức lực cản thực tế. Trên điện thoại, vuốt ngang trong khung đồ thị.
Giữ cùng xe và tấm cản, quan sát vì sao số chỉ lực kế khi kéo đều trong nước lớn hơn khi chưa có nước. Tốc độ chọn là mức định tính, không có công thức lực cản yêu cầu học sinh ghi nhớ.
Hai tấm cản giữ cùng tốc độ và môi trường nước. So sánh tấm 18 cm² với tấm 32 cm². Mô hình hiển thị hai cột lực kế, không khẳng định quan hệ tỉ lệ đúng trong thí nghiệm thật.
Giữ cùng mức chuyển động tương đối với nước, thay hình dạng mặt trước của vật để quan sát. Hướng lực cản luôn chống chuyển động tương đối với nước; khi không có chuyển động tương đối, mô hình không vẽ lực cản chuyển động.
Phần A: 6 nhóm × 6 câu có giải thích. Phần B: 8 câu ABCD, 4 câu Đúng/Sai có 4 ý, 8 câu trả lời ngắn và 2 câu tự luận theo rubric.
8 câu ABCD × 0,25; 4 câu Đúng/Sai tối đa 1 điểm/câu; 8 câu trả lời ngắn × 0,25; 2 câu tự luận × 1 điểm. Phần tự luận cần người dạy đánh giá theo rubric.
Sáu nhánh: lực cản, thí nghiệm, điều kiện so sánh, diện tích mặt cản, ứng dụng và giới hạn.
Cá ngừ, cá kiếm và cá mập có cơ thể giúp nước chảy qua thuận lợi. Hình dạng không phải yếu tố duy nhất: tốc độ, kích thước và cách bơi cũng ảnh hưởng lực cản.
Tàu ngầm hoạt động dưới nước nên có nhiều yêu cầu thiết kế về lực cản, áp suất và động cơ. Không thể so sánh trực tiếp tốc độ của tàu ngầm và máy bay chỉ dựa vào một đặc điểm.
Có. Vận động viên xe đạp giảm diện tích cản bằng cách cúi thấp người và dùng mũ phù hợp. Không khí và nước đều là môi trường chất lưu nhưng có tính chất khác nhau.
Mũi thuyền được thiết kế để đi qua nước thuận lợi; hình dạng thân, tải trọng và tốc độ đều ảnh hưởng đến chuyển động và lực cản.