Độ cao - Vật lý 10

Chú thích:

$t$: thời gian chuyển động của vật $\left(s\right)$.

$h$: độ cao của vật so với mặt đất $\left(m\right)$.

$g$: gia tốc trọng trường $(m/s^2)$. Tùy thuộc vào vị trí được chọn mà g sẽ có giá trị cụ thể.

Chứng mính:

$$\begin{gathered} t_{rơi}=\sqrt{\frac{2h}{g}} \\ S=h_0 \\ {S}_{t-n}=\frac{g}{2}{\left(\sqrt{\frac{2h_0}{g}}-n\right)}^2 \\ \Rightarrow ∆S_{n giây cuôi}=h_0-\left(h_0-n\sqrt{2g{h}_0}+n^2\frac{g}{2}\right)=n\sqrt{2g{h}_0}-n^2\frac{g}{2} \end{gathered}$$

Chú thích:

$\Delta S_{n giây cuối}$: quãng đường vật đi được trong giây cuối cùng $\left(m\right)$.

$h$: độ cao của vật so với mặt đất $\left(m\right)$.

$g$: gia tốc trọng trường $(m/s^2)$. Tùy thuộc vào vị trí được chọn mà g sẽ có giá trị cụ thể.

Chú thích:

$g$: gia tốc trọng trường $\left(m/s^2\right)$.

$G$: hằng số hấp dẫn $6,67.{10}^{-11}\left(\frac{N.m^2}{k{g}^2}\right)$.

$M$: khối lượng trái đất $\approx 6.{10}^{24}\left(kg\right)$.

$R_{trái đất}$: bán kính trái đất $\approx 6400\left(km\right)$.

$h$: khoảng cách từ mặt đất đến điểm đang xét $\left(m\right)$.

Giải thích:

Trọng lục là một trường hợp đặc biệt của lực hấp dẫn. Khi mà một trong hai vật là Trái Đất.

Nói cách khác, trọng lực là lực hấp dẫn do Trái Đất tác dụng lên một vật đặt cạnh nó.

Chú thích:

$G$: hằng số hấp dẫn $6,67.{10}^{-11}\left(\frac{N.m^2}{k{g}^2}\right)$.

$M$: khối lượng trái đất $\approx 6.{10}^{24}\left(kg\right)$.

$m$: khối lượng vật đang xét $\left(kg\right)$.

$R_{trái đất}$: bán kính trái đất $\approx 6400\left(km\right)$.

$h$: khoảng cách từ mặt đất đến điểm đang xét $\left(m\right)$.

$F_{hd}$: lực hấp dẫn $\left(N\right)$. 

$P$: trọng lực $\left(N\right)$. 

$g$: gia tốc trọng trường $\left(m/s^2\right)$.

Chú thích:

$v_o$: vận tốc ban đầu của vật, trong trường hợp này là vận tốc ném $(m/s)$.

$h$: độ cao của vật $\left(m\right)$.

$t$: thời gian chuyển động của vật $\left(s\right)$.

$g$: gia tốc trọng trường do trái đất tác động lên vật $(m/s^2)$.

$L_{max}$: tầm xa cực đại của vật $\left(m\right)$.

Chú thích:

$v$: vận tốc của vật $(m/s)$.

$v_x$: vận tốc của vật theo phương ngang $(m/s)$.

$v_y$: vận tốc của vật theo phương thẳng đứng $(m/s)$.

$v_o$: vận tốc ban đầu của vật, trong trường hợp này là vận tốc ném $(m/s)$.

$h$: độ cao của vật $\left(m\right)$.

$g$: gia tốc trọng trường do trái đất tác động lên vật $(m/s^2)$.

$\alpha$ : Góc bay của vật so với phương ngang khi ở độ cao h

Định nghĩa:

Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.

Chú thích:

$W_t$: thế năng $\left(J\right)$

$m$: khối lượng của vật $\left(kg\right)$

$Z$: độ cao của vật so với mốc thế năng $\left(m\right)$

$g$: gia tốc trọng trường $(m/s^2)$

So sánh độ cao h và tọa độ Z trong việc xác định giá trị Z

Khái niệm:

Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N thì công của trọng lực thực hiện có giá trị bằng hiệu thế năng trọng trường tại M và tại N.

Hệ quả:

Trong quá trình chuyển động của một vật trong trọng trường:

- Khi vật giảm độ cao, thế năng của vật giảm thì trọng lực sinh công dương.

- Khi vật tăng độ cao, thế năng của vật tăng thì trọng lực sinh công âm.

Tính chất lực thế:

Về bản chất, trọng lực là lực thế. Công do nó sinh ra không phụ thuộc vào quỹ đạo chuyển động mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu và điểm cuối. Trong hình min họa, giả sử hai trái táo có cùng khối lượng. Dù hai trái táo rơi theo quỹ đạo khác nhau, nhưng nếu cùng một độ cao xuống đất thì công do trọng lực sinh ra trên hai quả táo sẽ bằng nhau.

Quỹ đạo màu đỏ và quỹ đạo màu xanh khác nhau, tuy nhiên công do trọng lực tác dụng lên chúng bằng nhau do có cùng hiệu độ cao M và N.

Chú thích:

$A_{MN}$: công do trọng lực thực hiện khi vật di chuyển qua hai điểm MN $\left(J\right).$

$W_{tM}$: thế năng tại M $\left(J\right).$

$W_{tN}$: thế năng tại N $\left(J\right).$

Định nghĩa:

Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của một vật là đại lượng bảo toàn.

Nếu động năng giảm thì thế năng tăng ( động năng chuyển hóa thành thế năng) và ngược lại.

Tại vị trí động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược  lại.

Chú thích:

$W$: cơ năng $\left(J\right)$.

$W_{đ};W_{đmax}$: động năng - động năng cực đại $\left(J\right)$.

$W_t;W_{t max}$: thế năng - thế năng cực đại $\left(J\right)$.

Khi đưa từ độ cao $h_1$ lên $h_2$: $∆h=h_2-h_1$

$\frac{∆T}{T_0}=\frac{∆h}{R_{trái đất}}$

$∆t=t\frac{\left|\begin{array}{c}∆h\end{array}\right|}{R_{trái đất}}$

Đưa lên cao: $∆h>0$ , đưa xuống $∆h<0$ .Khi vị trí ban đầu ở  mặt đất $∆h=h$

Khi đưa từ độ sâu $d_1$ lên $d_2$: $∆h=d_2-d_1$

$\frac{∆T}{T_0}=\frac{∆d}{2R_{trái đất}}$

$∆t=t\frac{\left|\begin{array}{c}∆d\end{array}\right|}{2R_{trái đất}}$

Đưa xuống sâu: $∆d>0$ , đưa lên $∆d<0$ .Khi vị trí ban đầu ở  mặt đất $∆d=d$

+ Khi đưa con lắc ở mặt đất (nhiệt độ $t_1$) lên độ cao $h$   (nhiệt độ $t_2$):

$\frac{∆T}{T_0}=\frac{1}{2}\alpha ∆t+\frac{h}{R_{trái đất}}$

Với $T_{0 }:$Chu kì chạy đúng$\left(s\right)$

       $∆T:$độ sai lệch$\left(s\right)$

        $\alpha :$ hệ số nở dài$\left(K^{-1}\right)$

        h: độ cao$\left(m\right)$

       $R_{trái đất}$ : Bán kính Trái đất$\left(m\right)$

Điều kiện để đồng hồ chạy đúng:

$\frac{∆T}{T_0}=\frac{1}{2}\alpha ∆t+\frac{h}{R_{trái đất}}=0$

Gọi $r_{đỏ}$ là góc khúc xạ của ánh sáng đơn sắc màu đỏ $\left(rad\right)$

      $r_{tím}$ là góc khúc xạ của ánh sáng đơn sắc màu tím $\left(rad\right)$

      $∆x$ là chiều dài quang phổ dưới đáy bể $\left(m\right)$

      $h:$ Độ cao của nước trong bể $\left(m\right)$

$∆x=h\left(\tan \left(r_{đỏ}\right)-\tan \left(r_{tím}\right)\right)$

1. Rơi tự do

a/Định nghĩa : Rơi tự do là sự rơi của vật chỉ tác dụng của trọng lực và vận tốc đầu bằng không.

b/Đặc điểm:

+ Phương : thẳng đứng

+ Chiều : hướng xuống.

+ Nhanh dần đều với gia tốc g.Gia tốc g khác nhau ở các nơi trên Trái Đất

2. Phương trình rơi rự do:

a/Công thức

$h=h_0-\frac{1}{2}g{t}^2$

Với $h_0$ là độ cao lúc thả rơi.Chiều dương cùng chiều chuyển động.

+ Ý nghĩa : Trong thực nghiệm dùng để tính gia tốc rơi tự do nơi làm thí nghiệm.

b/Chứng minh:

+ Vật chuyển động nhanh dần đều từ 0 đến t: $S=\frac{1}{2}g{t}^2$

+ Độ cao vật lúc này : $h=h_0-S=h_0-\frac{1}{2}g{t}^2$

Nhận xét : thời gian trôi qua càng nhiều thì độ cao của vật càng giảm.

Vật đi xuống : công trọng lực >0

Vật đi lên : công trọng lực <0

Tại vị trí ban đầu vật có 

$v_A,h_A,W_A$ gốc tại mặt đất

Tại vị trí chạm đất : $W_{tD}=0$

BTCN cho vật tại A và D

$$\begin{gathered} W_A=W_D \\ \Rightarrow W_{tD}+W_{đD}=W_A \\ \Rightarrow v_D=\sqrt{\frac{2.W_A}{m}} \end{gathered}$$

BTCN cho vật tại A, B

B là vị trí cao nhất $W_{đB}=0$

$$\begin{gathered} W_A=W_B \\ \Rightarrow W_{tB}+W_{đB}=W_A \\ \Rightarrow h_B=\frac{W_A}{mg} \end{gathered}$$

Chọn gốc tại mặt đất

Gọi E là vị trí có $W_{đ}=k.W_t$

BTCN cho vị trí A và E

$$\begin{gathered} W_A=W_E \\ \Rightarrow W_A=(k+1)W_{tE} \\ \Rightarrow h_E=\frac{W_A}{\left(k+1\right)mg} \end{gathered}$$

$v_E=\sqrt{\frac{2k}{k+1}.\frac{W_A}{m}}$

Chọn gốc tại mặt đất

Gọi E là vị trí có

$$\begin{gathered} v=k{v}_D \\ \Rightarrow W_{đE}=k^2{W}_{đD}=k^2{W}_D \end{gathered}$$

BTCN tại A và E

$$\begin{gathered} W_A=W_E \\ \Rightarrow W_A=W_{tE}+k^2.W_D \\ \Rightarrow h_E=\frac{W_A}{\left(1-k^2\right)mg} \\ {v}_E=\sqrt{\frac{2k^2.W_A}{m}} \end{gathered}$$

Chọn gốc thế năng tại đất

Gọi E là vị trí có 

$$\begin{gathered} h_E=k{h}_{max} \\ \Rightarrow W_{tE}=k.W_A \end{gathered}$$

BTCN cho vật tại vị trí A và E

$$\begin{gathered} W_A=W_E \\ \Rightarrow W_A=W_{đE}+k{W}_A \\ \Rightarrow v_E=\sqrt{\frac{2}{1-k}.\frac{W_A}{m}} \\ {h}_E=\frac{k.W_A}{mg} \end{gathered}$$

Ban đầu gốc tại mặt đất 

$z_A=h_A$

Khi gốc thay đổi

$$\begin{gathered} z{\text{'}}_A=h_A-d \\ \Rightarrow z{\text{'}}_A-z_A=-d \end{gathered}$$

Gốc mới nằm trên gốc cũ d>0

Gốc mới nằm dưới gốc cũ d<0

Với d là khoảng cách 2 gốc

Áp suất khối khí trong ống hở :

+ Nằm ngang : $p=P_0$

+ Ngửa thẳng đứng : $p=P_0+h$ ,  + Úp thẳng đứng  : $p=P_0-h$

+ Ngủa nghiêng : $p=P_0+h.\sin \left(\alpha \right)$ , + Ú p nghiêng : $p=P_0-h.\sin \left(\alpha \right)$

Áp suất chất khí khi ống kín ( hai khối khí)

+ Nằm ngang: $p_1=p_2$ (Áp suất ban đầu của khối khí

+ Thẳng đứng : $p_1\text{'}=p_1 ,p_2\text{'}=p_1+h$

+ Nghiêng : $p_1\text{'}=p_1 ,p_2\text{'}=p_1+h.\sin \left(\alpha \right)$

$P_0$ là áp suất khí quyển tính theo mm

1.Hiện tượng dính ướt và không dính ướt

Bề mặt chất lỏng có dạng khum lõm khi thành bình bị dính ướt và có dạng khum lồi khi thành bình không dính ướt.

2.Hiện tượng mao dẫn

Hiện tượng mao dẫn là hiện tượng mức chất lỏng trong ống có đường kính nhỏ sẽ dâng cao hơn , hoặc hạ thấp hơn mức chất lỏng bên ngoài ống.

Các ống xảy ra hiện tượng mao dẫn là ống mao dẫn.

3.Công thức mao dẫn

$h=\frac{4\sigma }{Dgd}$

$h \left(m\right)$ chiều cao cột nước trong ống.

$\sigma \left(N/m\right)$ suất căng bề mặt.

$D \left(kg/m^3\right)$ khối lượng riêng của nước.

$g \left(m/s^2\right)$ gia tốc trọng trường.

$d \left(m\right)$ đường kính ống.

Khi thả viên đá rơi xuống giếng (hoặc hang động). Viên đá sẽ rơi tự do xuống giếng sau đó va đập vào đáy giếng và tạp ra âm thanh truyền lên miệng giếng. Ta có hệ phương trình sau:

$$\begin{gathered} \left(1\right) \left\{\begin{array}{l}{t}_1=\sqrt{\frac{2.h}{g}}\\ t_2=\frac{h}{v_{âm thanh}}\end{array}\right. \\ Mà \Delta t=t_1+t_2 \left(2\right) \end{gathered}$$

Thế (1) vào (2) Từ đây ta có $\sqrt{\frac{2h}{g}}+\frac{h}{v_{âm thanh}}=\Delta t$

Chú thích:

$∆t$: thời gian từ lúc thả rơi viên đá đến khi nghe được âm thanh vọng lên $\left(s\right)$.

$t_1:$ thời gian viên đá rơi tự do từ miệng giếng xuống đáy giếng $\left(s\right)$.

$t_2$: thời gian tiếng đọng di chuyển từ dưới đáy lên miệng giếng $\left(s\right)$.

$v_{âm thanh}$: vận tốc truyền âm trong không khí $(320 ~ 340 m/s)$.

$g$: gia tốc trọng trường $(m/s^2)$

$h$: độ sâu của giếng hoặc hang động $\left(m\right)$