Giải KHTN 8 sách VNEN bài 19: Định luật về công

A. HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

Nêu tên và ích lợi của các nhà máy cơ đơn giản đã học ở lớp 6 (Hình 19.1). Ta đã biết khi sử dụng các máy cơ đơn giản giúp ta thực hiện công việc nhẹ nhàng hơn. Liệu các máy cơ này có giúp ta sử dụng ít công hơn hay không?

Trả lời:

 * Tên của các máy cơ:

a) mặt phẳng nghiêng.

b) đòn bẩy.

c) ròng rọc.

- Các máy cơ này không giúp ta thực hiện ít công hơn. Vì khi được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại. Do đó công thực hiện sẽ không thay đổi.

B. HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

 Quan sát và trả lời 

- Trong các trường hợp dưới đây, người ta đã sử dụng mặt phằng nghiêng (Hình 19.2) và đòn bẩy (Hình 19.3) để đưa vật lên cao.

- Hãy tìm từ thích hợp để điền vào chỗ trống trong các nhận xét sau :

So với khi nâng vật trực tiếp, khi sử dụng mặt phẳng nghiêng (Hình 19.2) lực cần thiết ..............., tuy nhiên quãng đường di chuyển cúa vật lại ...............

So với khi nâng vật trực tiếp, khi sử dụng đòn bẩy (Hình 19.3) lực cần thiết ..............., tuy nhiên quãng đường di chuyển của tay đẩy lại ...............

Trả lời:

- So với khi nâng vật trực tiếp, khi sử dụng mặt phẳng nghiêng (Hình 19.2) lực cần thiết nhỏ hơn, tuy nhiên quãng đường di chuyển cúa vật lại lớn hơn.

- So với khi nâng vật trực tiếp, khi sử dụng đòn bẩy (Hình 19.3) lực cần thiết lớn hơn, tuy nhiên quãng đường di chuyển của tay đẩy lại nhỏ hơn.

Thí nghiệm

Tiến hành thí nghiệm, rút ra nhận xét:

- Móc lực kế quả nặng G rồi từ từ kéo lực kế lên theo phương thẳng đứng sao cho số chỉ của lực kế không thay đổi) một đoạn $s_1$. Lực nâng $F_1$ của tay có độ lớn bằng trọng lượng của quả nặng. Đọc số chỉ của lực kế ($F_1$) và quãng đường đi được ($s_1$) của lực kế rồi ghi kết quả thí nghiệm vào bảng 19.1.

- Dùng ròng rọc động để kéo từ từ quả nặng lên cùng một đoạn $s_1$. Lực kéo của tay bằng số chỉ của lực kế. Đọc số chỉ của lực kế ($F_2$) và độ dài quãng đường đi được ($s_2$) của lực kế rồi ghi kết quả thí nghiệm vào bảng 19.1

Bảng 19.1

- Hãy so sánh $F_1$ và $F_2$.

- Hãy so sánh quãng đường đi $s_1$ và $s_2$.

- Hãy so sánh công của lực $F_1$và công của lực $F_2$.

- Dựa vào kết quả trên, hãy chọn từ thích hợp để điền vào chỗ trống của kết luận sau :

Dùng ròng rọc động được lợi ..................... lần về lực thì lại thiệt ..................... lần về đường đi nghĩa là không được lợi gì về .....................

Trả lời:

- Dựa vào số chỉ của lực kế của hai thí nghiệm ta thấy độ lớn lực $F_2 = \frac{1}{2} F_1$

- Dựa vào hình 14.1 ta thấy quãng đường đi $s_2 = 2s_1$

Từ công thức tính công A = F.s mà $F_1$ = 1/2.$F_2$ và $s_1$ = 2$s_2$ 

                => Công $A_1 = A_2$.

Dùng ròng rọc động được lợi hai lần về lực thì lại thiệt hai lần về đường đi nghĩa là không được lợi gì về công.

* Đọc và trả lời câu hỏi:

- Định luật về công:

Không một máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về công. Được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.

Hãy nêu ví dụ về sử dụng máy cơ đơn giản cho lợi về lực nhưng thiệt về đường đi và một ví dụ về sử dụng máy cơ đơn giản cho lợi về đường đi nhưng thiệt về lực.

Trả lời:

Ví dụ:

 Khi ta lên dốc (dốc được xem là một mặt phẳng nghiêng), nếu đi thẳng thì ta sẽ có lợi về đường đi nhưng lại thiệt về lực, nhưng nếu ta đi với đường vòng quang liệng sang hai bên thì ta sẽ có lợi về lực nhưng thiệt về đường đi. 

C. HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

Trả lời câu hỏi và làm bài tập sau

Bài 1.Kéo đều hai thùng hàng giống nhau, mỗi thùng nặng 500 N lên sàn ô tô cách mặt đất 1 m bằng tấm ván dày đặt nghiêng (ma sát không đáng kể).

Khi kéo thùng thứ nhất, dùng tấm ván 4 m.

Khi kéo thùng thứ hai, dùng tấm ván 2 m.

a) So sánh lực kéo trong 2 trường hợp.

b) Hãy so sánh công của các lực kéo thùng hàng theo mặt phẳng nghiêng lên sàn ô tô trong 2 trường hợp.

Trả lời:

a)  Trường hợp thứ nhất lực kéo nhỏ hơn và nhỏ hơn hai lần.

b) Do công A = F.s nên không có trường hợp nào tốn công hơn. Công thực hiện trong hai trường hợp là như nhau.

Bài 2. Để đưa một vật có trọng lượng P = 360 N lên cao theo phương thẳng đứng bằng ròng rọc động, người công nhân phải kéo đầu dây đi một đoạn là 10 m.

a) Bỏ qua ma sát. Tính lực kéo và độ cao mà vật đã được đưa lên. Tính công của lực kéo của người công nhân.

b) Trong thực tế do có ma sát nên người công nhân đã phải sử dụng lực kéo 200 N. Tính công của lực kéo của người công nhân.

Trả lời:

a) Dùng ròng rọc động được lợi 2 lần về lực và thiệt 2 lần về đường đi nên lực kéo mà người công nhân kéo là 180 N và độ cao mà vật được đưa lên là 5 m.

Công lực kéo của người công nhân là:

         A = F.h = 180.5 = 900 N

b) Công của lực kéo người công nhân trong thực tế là:

         A = F.h = 200.5 = 1000 N

Bài 3. Nâng vật nặng 160 N lên độ cao 0,1 m. Công của lực nâng này là bao nhiêu Jun?

Sử dụng đòn bẩy để nâng vật. Bỏ qua ma sát. Điền các đại lượng vào chỗ trống trong bảng 19.2 cho phù hợp.

Bảng 19.2

Trả lời:

 Áp dụng công thức A = F.s, ta có

D. HOẠT ĐÔNG VẬN DỤNG

Bài 1. Thực hành:

- Sử dụng một cái thước, một quả nặng, một mẩu gỗ hình nêm (Hình 19.5).

- Hãy ấn tay để nâng vật nặng lên.

Để lực ấn nhỏ hơn thì phải đặt tay ở gần hay xa mẫu gỗ hơn ? Khi đó để nâng vật lên cùng một độ cao thì tay đã phải di chuyển một quãng đường dài hơn hay ngắn hơn?

Trả lời:

 Vì A = F.s nên khi F càng lớn thì s càng nhỏ. Ta có:

 Để lực cần ấn nhỏ hơn thì phải đặt tay ở xa mẩu gỗ hơn.

 Khi đó để nâng vật lên cùng một độ cao thì tay đã phải di chuyển một quãng đường dài hơn.

Bài 2. Hãy tìm hiểu các máy cơ đơn giản trong thực tế xung quanh em. Sắp xếp thành 2 nhóm : Các máy cơ đơn giản khi sử dụng cho lợi về lực nhưng thiệt về đường đi và các máy cơ đơn giản khi sử dụng cho lợi về đường đi nhưng thiệt về lực.

 Tìm hiểu về lợi ích của các máy cơ đơn giản trong mỗi trường hợp nói trên.

Trả lời:

Các máy cơ đơn giản khi sử dụng cho lợi về lực nhưng thiệt về đường đi: 

• Mặt phẳng nghiêng: Tấm ván dày đặt nghiêng so với mặt nằm ngang, dốc...Giúp việc đẩy đồ dễ dàng nhưng phải đẩy đi một đoạn xa hơn.
• Đòn bẩy: Búa nhổ đinh. Giúp nhổ đinh dễ dàng.
• Ròng rọc: Máy kéo ở công trường xây dựng, ròng rọc kéo gầu nước giếng. Kéo vật lên tốn ít lực hơn nhưng kéo lâu.

Các máy cơ đơn giản khi sử dụng cho lợi về đường đi nhưng thiệt về lực: khi ta lên dốc, nếu ta đi thẳng thì sẽ có lợi về đường đi nhưng thiệt về lực. Điều này giúp việc lên dốc nhanh hơn nhưng sẽ tốn sức hơn so với đi nghiêng.

E. HOẠT ĐỘNG TÌM TÒI MỞ RỘNG

 Trong thực tế, ở các máy cơ đơn giản bao giờ cũng có ma sát. Vì vậy, công mà ta phải tốn $A_2$  ể nâng vật lên bao giờ cũng lớn hơn công $A$, dùng để nâng vật khi không có ma sát, đó là vì ta phải tốn một phần công để thắng ma sát.Công $A_2$ là công toàn phần, công $A_1$ là công có ích. Tỉ số  $\frac{A_1}{A_2}$ gọi là hiệu suất của máy, kí hiệu là H.

                              H =  $\frac{A_1}{A_2}$100%.

Vì $A_1$ luôn lớn hơn $A_2$ nên hiệu suất luôn nhỏ hơn 100%.

Hãy tìm hiểu xem để tăng hiệu suất của các máy cơ đơn giản, người ta có những biện pháp gì.

Trả lời:

- Biện pháp làm tăng hiệu suất của máy cơ đơn giản: làm giảm ma sát của các máy cơ.