Khảo sát sự rơi trong không khí và chân không; mô tả chuyển động rơi tự do bằng gia tốc g.
Nhận xét tác động của lực cản không khí qua thí nghiệm; phát biểu khái niệm rơi tự do; mô tả phương, chiều và tính chất nhanh dần đều; nêu ý nghĩa của gia tốc rơi tự do \(g\).
Dự đoán, tiến hành và giải thích thí nghiệm giấy phẳng – giấy vo tròn; phân tích ống Newton; vận dụng đúng các hệ thức rơi thẳng đứng từ trạng thái nghỉ, chọn chiều dương, đơn vị và điều kiện bỏ qua lực cản.
Phạm vi SGK: Vật lí 10 – Kết nối tri thức, Bài 10, trang 44–46. Công thức định lượng dưới đây áp dụng cho vật được thả từ nghỉ trong mô hình bỏ qua lực cản.
Thả một tờ giấy phẳng và một tờ giấy cùng loại được vo tròn: tờ vo tròn thường chạm đất trước. Khối lượng gần như không thay đổi nhưng hình dạng và lực cản không khí thay đổi. Vì vậy, không thể kết luận vật rơi nhanh hơn chỉ vì nặng hơn.
Rơi tự do là sự rơi của vật chỉ dưới tác dụng của trọng lực. Vật rơi trong không khí vẫn có thể coi gần đúng là rơi tự do khi lực cản không khí nhỏ không đáng kể so với trọng lượng.
Trong điều kiện gần mặt đất, vật rơi tự do theo phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống, có gia tốc gần như không đổi \(g\), không phụ thuộc khối lượng vật (nếu ở cùng địa điểm và cùng điều kiện). Giá trị thường dùng: \(g\approx 9{,}8\,\mathrm{m/s^2}\), hoặc 10 m/s² khi đề cho phép làm tròn.
Nếu chọn trục thẳng đứng có chiều dương hướng xuống, vật rơi từ nghỉ có \(v_y=gt\) và gia tốc thành phần \(a_y=g\).
| Kí hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị SI |
|---|---|---|
| \(g\) | Độ lớn gia tốc rơi tự do, gần mặt đất khoảng 9,8 | m/s² |
| \(t\) | Thời gian từ lúc thả | s |
| \(v\) | Độ lớn vận tốc tại thời điểm xét | m/s |
Điều kiện: Chỉ xét rơi thẳng đứng, gia tốc g xem là không đổi, bắt đầu từ nghỉ, bỏ qua lực cản; t ≥ 0.
Khi vật rơi một chiều từ nghỉ, độ dịch chuyển theo chiều xuống bằng quãng đường rơi; đồ thị \(s-t\) là nhánh parabol.
| Kí hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị SI |
|---|---|---|
| \(g\) | Độ lớn gia tốc rơi tự do, gần mặt đất khoảng 9,8 | m/s² |
| \(t\) | Thời gian từ lúc thả | s |
| \(s\) | Quãng đường rơi theo phương thẳng đứng | m |
Điều kiện: Đúng khi g không đổi, vật được thả từ nghỉ; 0 ≤ s ≤ h trước khi chạm đất.
Khử thời gian khỏi hai hệ thức trước; dùng tìm tốc độ chạm đất từ độ cao rơi.
| Kí hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị SI |
|---|---|---|
| \(g\) | Độ lớn gia tốc rơi tự do, gần mặt đất khoảng 9,8 | m/s² |
| \(v\) | Độ lớn vận tốc tại thời điểm xét | m/s |
| \(s\) | Quãng đường rơi theo phương thẳng đứng | m |
Điều kiện: Chỉ áp dụng cho vật thả từ nghỉ, bỏ qua cản không khí và coi g không đổi.
Khi vật bắt đầu từ độ cao \(h\) so với mặt chạm đất, đặt \(s=h\) để tính thời gian chạm đất.
| Kí hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị SI |
|---|---|---|
| \(h\) | Độ cao thả so với mặt chạm đất | m |
| \(g\) | Độ lớn gia tốc rơi tự do, gần mặt đất khoảng 9,8 | m/s² |
| \(t_{\mathrm{chạm}}\) | Thời gian từ thả đến chạm | s |
Điều kiện: h ≥ 0, g > 0; chỉ đúng khi thả từ nghỉ và bỏ qua sức cản.
Thả một viên bi từ độ cao \(h=19{,}6\,\mathrm{m}\), lấy \(g=9{,}8\,\mathrm{m/s^2}\). Tìm thời gian rơi và vận tốc ngay trước khi chạm đất.
Thả vật từ nghỉ, \(g=10\,\mathrm{m/s^2}\); xét ba giây đầu. Tính quãng đường đi trong giây thứ ba.
Dự đoán trước khi chạy; thay đổi môi trường, độ cao và \(g\); quan sát vị trí, vận tốc và đồ thị. Mọi số liệu trong mô phỏng là giá trị tính theo mô hình, không phải số đo thực nghiệm.
Mô hình: thả từ nghỉ, g không đổi. Trong chân không: \(s=gt^2/2\). Với không khí: mô hình cản bậc hai \(F_c=\frac{1}{2}\rho C_d A v^2\), có thông số khối lượng và tiết diện giả định cho viên bi và lông chim, coi mật độ không khí không đổi. Khi thay g mà vẫn chọn môi trường không khí, đây là phép khảo sát giả định với cùng mật độ khí, không phải điều kiện khí quyển Mặt Trăng. Không dùng mô hình này để suy ra giá trị chính xác của một lông chim thật; không mô phỏng chuyển động lắc/tư thế của lông chim. Vận tốc chạm đất là độ lớn, hướng xuống.
Lưu ý: thực nghiệm có thể bị ảnh hưởng bởi gió, cách thả và sự xoay của giấy. Không trèo lên cao để thực hiện thí nghiệm.
Nguồn đối chiếu thí nghiệm: SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức, Bài 10. Video YouTube không nhúng tự phát để tránh lỗi trình phát 153; nếu muốn xem video, giáo viên mở liên kết nguồn ngoài riêng.
Sáu nhánh kiến thức: lực cản không khí, định nghĩa, đặc điểm, công thức, thí nghiệm và vận dụng. Bấm để phóng to.
Gia tốc trọng trường phụ thuộc vị trí, độ cao và thiên thể. Trên Trái Đất gần mặt đất thường lấy khoảng 9,8 m/s²; trên Mặt Trăng khoảng 1,62 m/s². Trong mô hình Bài 10, g được coi không đổi trong suốt quãng rơi ngắn.
Đối chiếu: SGK Vật lí 10 – Kết nối tri thức, Bài 10, trang 44–46; phần thực nghiệm mặt trăng Apollo 15.