Bài tập Bài 10. Sự rơi tự do có đáp án

Tùy vào kiến thức của mỗi bạn đang có để trả lời câu hỏi khởi động của bài học. Các em có thể trả lời như sau:

Em cảm thấy hiện tượng này thật kì lạ. Bởi vì chiếc búa nặng hơn nên đáng ra phải rơi xuống trước chiếc lông chim chứ không thể nào chiếc búa và chiếc lông chim lại rơi cùng lúc được.

Nhận xét:

TN1: Kiểm tra sự rơi của các vật có liên quan tới kích thước và khối lượng của vật như thế nào?

TN2: Kiểm tra sự rơi của vật có liên quan tới diện tích bề mặt vật tiếp xúc với không khí như thế nào?

TN3: Kiểm tra sự rơi của các vật có liên quan tới khối lượng của vật hay không?

Các thí nghiệm trên cho thấy sự rơi nhanh hay chậm của vật phụ thuộc vào độ lớn của lực cản không khí tác dụng lên vật. Lực cản càng nhỏ so với trọng lực tác dụng lên vật thì vật sẽ rơi càng nhanh và ngược lại.

Trong TN1, viên bi rơi nhanh hơn chiếc lá vì:

- Độ lớn lực cản không khí tác dụng lên viên bi rất nhỏ so với trọng lượng của viên bi.

- Độ lớn lực cản không khí tác dụng lên chiếc lá lớn hơn so với trọng lượng của chiếc lá.

Do đó, viên bi rơi nhanh hơn chiếc lá.

Đáp án đúng là: C

Quả tạ rơi trong không khí được coi là rơi tự do. Vì độ lớn của lực cản không khí tác dụng lên quả tạ không đáng kể so với trọng lực của quả tạ.

A, B, D không được coi là sự rơi tự do vì lực cản của không khí tác dụng lên chuyển động tương đối lớn.

Để kiểm tra bề mặt của bức tường trong lớp học, chúng ta có thể lấy một viên bi sắt, đặt viên bi gần sát với bức tường (không chạm bức tường) thả rơi viên bi từ điểm cao nhất của bức tường.

- Nếu vật đó rơi theo phương thẳng đứng thì bề mặt bức tường là mặt phẳng thẳng đứng.

- Nếu vật rơi không theo phương thẳng đứng, có lúc chạm vào bề mặt bức tường làm đổi phương thì bề mặt của bức tường không phải là mặt phẳng thẳng đứng.

- Làm lại nhiều lần với các vị trí khác nhau để có thể khẳng định chắc chắn.

Hoặc có cách khác dùng dây dọi để kiểm tra.

- Đặt eke trên mặt sàn tại các vị trí khác nhau sao cho 1 cạnh góc vuông của eke nằm trên mặt sàn.

- Dùng dây dọi đặt sát cạnh còn lại của eke, nếu phương thẳng đứng của dây dọi trùng với cạnh còn lại của eke thì mặt sàn phẳng và ngược lại nếu phương dây dọi và cạnh còn lại của eke không trùng khớp nhau thì mặt sàn tại chỗ đó không bằng phẳng.

1. Dựa vào bảng 10.1, ta thấy:

Từ nội dung lí thuyết đã chỉ ra một vật chuyển động thẳng nhanh dần đều không vận tốc ban đầu thì quãng đường đi được s tỉ lệ với bình phương thời gian t:

$s=\frac{1}{2}a{t}^{2}$

Vậy để chứng tỏ chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều ta chỉ cần xét mối quan hệ của s và t$^{2}$.

- Với t = 0,1 và s = 0,049 thì hệ số tỉ lệ $k=\frac{s}{{t}^{2}}=\frac{0{,}049}{0,{1}^{2}}=4{,}9$

- Với t = 0,2 và s = 0,197 thì hệ số tỉ lệ $k=\frac{s}{{t}^{2}}=\frac{0{,}197}{0,{2}^{2}}\approx 4{,}9$

Tương tự với các cặp giá trị khác ta đều thu được hệ số tỉ lệ $k\approx 4{,}9$

Chứng tỏ chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều.

2. Gia tốc của chuyển động rơi tự do là:

$s=\frac{1}{2}a{t}^{2}\Rightarrow a=\frac{2s}{{t}^{2}}=\frac{2.0{,}049}{0,{1}^{2}}=9{,}8m/{s}^{2}$

- Bước 1: Thả hòn sỏi từ miệng giếng xuống giếng đồng thời bấm nút Start/Stop trên đồng hồ bấm giây.

- Bước 2: Khi nghe thấy tiếng hòn sỏi đập vào đáy giếng thì bấm nút Start/Stop cho đồng hồ dừng lại.

+ Gọi giếng sâu có độ sâu là h (m) = quãng đường vật rơi tự do từ miệng giếng xuống đáy giếng.

+ Thời gian rơi của hòn sỏi từ miệng giếng xuống đáy giếng: ${t}_{1}=\sqrt{\frac{2h}{g}}$ .

+ Thời gian âm truyền từ đáy giếng đến tai người: ${t}_{2}=\frac{h}{v}$ .

+ Thời gian hiển thị trên đồng hồ chính là tổng thời gian hòn sỏi rơi tự do và thời gian âm truyền từ đáy giếng tới tai người: $t={t}_{1}+{t}_{2}=\sqrt{\frac{2h}{g}}+\frac{h}{v}$

Trong đó:

t: là thời gian đo được bằng đồng hồ bấm giây.

g lấy giá trị 9,8 m/s$^{2}$.

v là vận tốc truyền âm trong không khí và đã biết.

Từ đây ta sẽ tính được độ sâu của giếng.

a) Độ cao của nơi thả hòn bi so với mặt đất là: $h=\frac{1}{2}g{t}^{2}=\frac{1}{2}.9{,}8.3,{1}^{2}=47{,}089m$

Vận tốc vật lúc chạm đất là: v = g.t = 9,8.3,1 = 30,38 m/s

b) Quãng đường vật rơi được trong 0,5 s cuối trước khi chạm đất = cả quãng đường – quãng đường vật rơi trong 2,6 giây đầu:

${h}_{t=0{,}5}=h-{h}_{t=2{,}6}=47{,}089-\frac{1}{2}.9{,}8.2,{6}^{2}=13{,}965\ m$

- Vận dụng kiến thức về sự rơi tự do để tính toán được thời gian rơi của vật, vận tốc vật bắt đầu chạm đất hoặc có thể tìm được độ cao của vật khi được thả rơi tự do.

- Biết cách xác định phương thẳng đứng và phương ngang dựa vào cách sử dụng dây dọi và thước eke.