Câu hỏi hoạt động trang 20 Khoa học tự nhiên 9 Kết nối tri thức: Xe thế năng có cấu tạo được mô tả trong Hình 3.4...

Xe thế năng có cấu tạo được mô tả trong Hình 3.4. Quả nặng được nối với trục xe qua một ròng rọc cố định bởi một sợi dây mềm, không dãn. Sợi dây được quấn nhiều vòng quanh trục xe.

Khi thả quả nặng chuyển động từ trên xuống, sợi dây sẽ kéo trục bánh xe làm bánh xe lăn, xe sẽ chuyển động.

a) Mô tả sự chuyển hóa năng lượng từ khi thả quả nặng đến khi quả nặng chạm sàn xe.

b) Cho độ cao ban đầu của quả nặng so với sàn xe là 8 cm, khối lượng của quả nặng là m₁ = 20 g, khối lượng của xe là m₂ = 50 g. Tính tốc độ của xe ngay khi quả nặng chạm sàn xe, nếu coi toàn bộ thế năng của quả nặng chuyển hóa thành động năng.

c) Trong thực tế, giá trị tốc độ thu được của xe khi quả nặng chạm sàn xe sẽ nhỏ hơn giá trị tính toán ở câu b. Hãy giải thích tại sao.

Hướng dẫn giải :

a) Vận dụng lí thuyết về sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng

b) Vận dụng công thức tính cơ năng: \({W_C} = {W_d} + {W_t} = \frac{1}{2}m{v^2} + Ph\)

Lời giải chi tiết :

a) Từ khi thả quả nặng đến khi chạm sàn thì động năng của vật tăng và thế năng của vật giảm

b) Thế năng của vật ở độ cao 8 cm là: \({W_t} = Ph = 0,02.10.0,08 = 0,016J\)

Ta có: \({W_C} = {W_d} + {W_t} = 0 + 0,016 = 0,016J\)

Cơ năng của vật không thay đổi mà toàn bộ thế năng của vật được chuyển hóa thành động năng nên ta có:

\(\begin{array}{l}{W_d} = 0,016J\\ \Rightarrow \frac{1}{2}{m_1}{v^2} = 0,016 \Rightarrow v = \sqrt {\frac{{0,016.2}}{{0,02}}} = \frac{{2\sqrt {10} }}{5}m/s\end{array}\)

c) Trong thực tế, giá trị tốc độ thu được của xe khi quả nặng chạm sàn xe sẽ nhỏ hơn giá trị tính toán ở câu b vì trong thực tế có sự trao đổi năng lượng với môi trường bên ngoài.