Toàn tập kiến thức về lực cản và lực nâng Vật lý 10 VUIHOC

1. Lý thuyết về lực cản

1.1. Lực cản là gì?

Chất lưu là từ được sử dụng để chỉ chất khí và chất lỏng.

Mọi vật khi chuyển động ở trong chất lưu thì luôn phải chịu tác dụng bởi lực cản của chất lưu. Lực này có đặc điểm là ngược hướng với chuyển động và làm cản trở chuyển động của vật đó.

1.2. Ví dụ về lực cản

Một số ví dụ về lực cản thường gặp trong thực tế như: Tên lửa chịu lực cản từ không khí, nhảy dù cũng chịu lực cản từ không, 

1.3. Các yếu tố tác động đến lực cản của chất lưu

Có hai yếu tố chính ảnh hưởng đến lực cản của chất lưu bao gồm hình dạng của vật và tốc độ của vật đó. 

Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập và xây dựng lộ trình học tập THPT vững vàng

2. Lý thuyết về lực nâng

2.1. Lực nâng là gì?

Trước tiên, chúng ta cùng tìm hiểu xem lực nâng là gì nhé! Lực nâng chính là thành phần lực khí động toàn phần tác động lên vật thể đang chuyển động trong môi trường chất lưu, có đặc điểm là hướng của nó vuông góc với vận tốc. Thành phần có hướng ngược chiều với vận tốc chính là lực cản vừa được học ở phía trên.

2.2. Ví dụ về lực nâng

Trong thực tế có vô vàn ví dụ về lực nâng. Dưới đây là một số ví dụ: Lực nâng của không khí làm máy bay bay lên cao, lực nâng của không khí tác động làm khinh khí cầu có thể bay lên bầu trời hay lực nâng của không khí làm các loài côn trùng có cánh có thể bay lượn tự do,... 

⇒ Chú ý: Khi vật ở trong chất lưu dưới tác dụng của trọng lực cũng như lực cản của chất lưu thì đến một thời điểm nào đó, vật sẽ đạt tới vận tốc giới hạn và sẽ chuyển động đều ở mức vận tốc này.

2.3. Lực đẩy Archimedes

Một vật được đưa vào chất lỏng sẽ bị chất lỏng đó đẩy thẳng đứng theo chiều từ dưới lên với lực có độ lớn chính bằng trọng lượng của phần chất lỏng mà vật đó chiếm chỗ. Lực như thế được gọi là lực đẩy Archimedes.

Công thức xác định lực đẩy Archimedes:  $F_A=p.g.V$

Trong đó:

+ $F_A$: kí hiệu cho lực đẩy Archimedes (đơn vị: N)

+ ρ: chính là khối lượng riêng của chất lỏng đó (đơn vị: $kg/m^3$)

+ V: biểu diễn thể tích phần chất lỏng mà vật chiếm chỗ (đơn vị: $m^3$ )

3. Bài tập về lực cản và lực nâng vật lý 10

3.1. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Lực cản của chất lưu bị ảnh hưởng bởi những yếu tố nào?

A. Hình dạng

B. Tốc độ

C. Cả A và B đúng

D. Cả A và B sai

Câu 2: Hoạt động của hinh khí cầu dựa vào nguyên tắc nào?

A. Khí nóng có đặc điểm là nhẹ hơn khí lạnh nên sẽ chuyển động nhanh hơn khí lạnh.

B. Bay lên cao nhờ vào động cơ.

C. Phụ thuộc vào sức gió của môi trường xung quanh.

D. Cả A và C đều đúng.

Câu 3: Chất lưu được sử dụng để chỉ chất nào dưới đây?

A. Chất rắn

B. Chất lỏng

C. Chất khí

D. Cả chất lỏng và chất khí

Câu 4: Đặc điểm nào dưới đây của loài cá giúp chúng có thể thích nghi với môi trường sống dưới nước.

A. Thân cá thon dài, đầu thuôn nhọn nhằm giảm sức cản của nước khi bơi.

B. Mắt chúng không có mí.

C. Bên ngoài vảy có thêm tuyến tiết chất nhầy giúp giảm ma sát khi bơi trong môi trường nước.

D. Tất cả các đáp án đều đúng.

Câu 5: Gió tác dụng đến buồm của thuyền một lực có đặc điểm:

A. Có phương thì song song với mạn thuyền và chiều thì cùng chiều với chuyển động của thuyền.

B. Có phương thì song song với mạn thuyền và chiều thì ngược chiều với chuyển động của thuyền.

C. Có phương thì vuông góc với mạn thuyền và có chiều từ trên xuống.

D. Có phương thì vuông góc với mạn thuyền và chiều từ dưới lên.

Câu 6: Với vận động viên đua xe đạp ở trong đường đua, quan sát ở giai đoạn nước rút khi gần cán đích thì thường có động tác gập người xuống và đầu hơi cúi xuống mặt đất vì:

A. đạt mục đích làm giảm lực cản của không khí.

B. đạt mục đích làm tăng lực cản của không khí.

C. đó là thói quen.

D. do cấu trúc của cái xe bắt buộc người lái phải làm như vậy.

Câu 7: Một vật đang lơ lửng trong môi trường nước thì vật đó đã chịu tác dụng của những lực nào dưới đây?

A. Lực đẩy Archimedes kết hợp với lực cản của nước

B. Lực đẩy Archimedes kết hợp với lực ma sát

C. Trọng lực kết hợp với lực cản của nước

D. Trọng lực kết hợp với lực nâng của nước

Câu 8: Cặp lực nào dưới đây không cân bằng trong các cặp lực này:

A. Lực hút của Trái Đất và lực của mặt nước tác dụng vào thuyền sẽ làm thuyền đứng yên trên mặt nước.

B. Lực của 2 em bé kéo co khi sợi dây đứng yên.

C. Lực mà lò xo tác động lên một vật và lực mà vật đó tác dụng lại lò xo.

D. Lực hút của trái đất và lực nâng của sàn nhà tác dụng vào bàn.

Câu 9: Tại sao đi lại trên bờ thì dễ dàng còn khi đi lại dưới nước lại khó khăn hơn?

A. Vì không khí không chuyển động mà nước thì chuyển động.

B. Vì khi trong môi trường nước thì chúng ta thường “nặng hơn”.

C. Vì không khí không có lực cản, còn nước thì có.

D. Vì lực cản của nước lớn hơn khi so sánh với lực cản của không khí.

Câu 10: Chọn đáp án đúng trong các câu dưới đây.

A. Mọi chất lưu đều tác dụng một lực cản vào vật chuyển động, lực này sẽ tăng lên khi tốc độ của vật tăng và không thay đổi khi vật chuyển động đó đạt tốc độ giới hạn. Khi này, các lực tác dụng vào vật một cách cân bằng và vật sẽ chuyển động thẳng đều.

B. Mọi chất lưu đều tác dụng một lực cản vào vật chuyển động, lực đó sẽ giảm khi tốc độ của vật tăng lên và không đổi khi mà vật chuyển động này đạt đến tốc độ giới hạn.

C. Mọi chất lưu đều tác dụng một lực cản vào vật chuyển động, lực đó sẽ tăng lên khi tốc độ của vật tăng lên và giảm đi khi vật chuyển động đạt tới tốc độ giới hạn.

D. Mọi chất lưu đều tác dụng một lực cản vào vật chuyển động, lực đó sẽ giảm khi tốc độ của vật này tăng và tăng lên khi vật chuyển động đạt tới tốc độ giới hạn.

Câu 11: Khi vận động viên nhảy dù bấm nút cho dù bung ra thì dù sẽ có diện tích tiếp xúc rất lớn với không khí nhằm mục đích là:

A. để làm tăng lực cản không khí giúp đảm bảo tính an toàn cho vận động viên nhảy dù.

B. để làm giảm lực cản của không khí.

C. chỉ mang tính chất thẩm mĩ.

D. do thiết kế từ trước đến nay đều như vậy.

Câu 12: Khi vận động viên nhảy dù thì lực cản có hướng như thế nào?

A. Sẽ vuông góc với chiều nhảy của vận động viên đó

B. Sẽ hướng từ trên xuống dưới

C. Sẽ hướng từ dưới lên trên

D. Sẽ hướng tạo với phương thẳng đứng một góc là $45^o$

Câu 13: Một người có khả năng bơi trong nước (khi nước không tạo thành dòng chảy) với vận tốc là 1,5 m/s. Người đó đang bơi trên một con sông và bơi xuôi dòng từ điểm A đến điểm H sau đó bơi ngược lại từ điểm H trở về. Biết rằng tổng thời gian bơi là 2 phút và khoảng cách giữa điểm A và điểm H là 50 m. Hãy xác định vận tốc dòng chảy.

A. 0,55 m/s

B. 1 m/s

C. 2 m/s

D. 0,78 m/s

Câu 14: Một vật có khối lượng là 2,5 kg rơi thẳng đứng từ độ cao 100m không vận tốc đầu thì sau 20s vật chạm đất. Xác định lực cản của không khí (coi như không thay đổi) tác dụng lên vật, khi biết $g = 10 m/s^2$.

A. 23,75 N.

B. 47 N.

C. 25 N.

D. 20 N.

Câu 15: Một quả cầu có khối lượng là m = 1 kg, bán kính kí hiệu r = 8 cm. Xác định vận tốc rơi cực đại của quả cầu đó khi biết lực cản của không khí có biểu thức là $F = kSv^2$, hệ số k = 0,024

A. 14,4 m/s.

B. 144 m/s.

C. 55 m/s.

D. 30 m/s.

Câu 16: Treo 1 quả nặng vào lực kế ở bên ngoài không khí, lực kế cho kết quả là 40N. Khi nhúng chìm quả nặng đó vào môi trường nước, kết quả của lực kế thay đổi ra sao?

A. Tăng lên

B. Giảm đi

C. Không thay đổi

D. Chỉ về 0

Câu 17: Chỉ ra tác dụng lực nâng của chất lưu:

A. Khinh khí cầu ở trạng thái lơ lửng trên không trung

B. Máy bay di chuyển được trong không khí

C. Cho phép các tàu thuyền di chuyển ở phía trên mặt nước

D. Cả 3 đáp án đều đúng

Câu 18: Một tên lửa đang chuyển động theo hướng từ Tây sang Đông thì lực cản của tên lửa có hướng như thế nào?

A. Từ hướng Bắc sang Nam

B. Từ hướng Nam sang Bắc

C. Từ hướng Đông sang Tây

D. Từ hướng Tây sang Đông

Câu 19: Khi vật chuyển động trong nước thì lực cản của nước tác dụng như thế nào? 

A. làm giảm tốc độ di chuyển của vật đó.

B. làm tăng thêm tốc độ di chuyển của vật.

C. không làm ảnh hưởng đến tốc độ di chuyển.

D. cả A và B đều không đúng.

Câu 20: Nhằm giảm lực cản của nước lên cơ thể khi đi bơi, chúng ta nên

A. giữ thăng bằng cho cơ thể khi bơi.

B. giữ cho các ngón chân duỗi về phía sau khi bơi.

C. đội mũ bơi và đeo kính bơi.

D. cả ba đáp án trên đều đúng.

Bảng đáp án: 

3.2. Bài tập tự luận

Câu 1: Hãy nêu các ví dụ cho thấy lực cản của không khí cùng với lực cản của nước có phụ thuộc vào hình dạng của vật.

Lời giải chi tiết:

- Ví dụ về lực cản của không khí có phụ thuộc vào hình dạng của vật:

Khi thả rơi 2 tờ giấy với cùng một độ cao, trong đó một tờ để phẳng ra và một tờ thì vo tròn ⇒ tờ giấy bị vo tròn sẽ rơi nhanh hơn nhiều so với tờ giấy phẳng vì nó chịu lực cản của không khí nhỏ hơn.

- Ví dụ về lực cản của nước có phụ thuộc vào hình dạng của vật:

Cá măng bơi trong môi trường nước rất nhanh và nhanh hơn rất nhiều so với các loài cá khác do hình dạng thuôn nhọn của đầu cá măng ít nhận được lực cản của nước.

Câu 2: Khi một vận động viên nhảy dù thì lực của không khí tác dụng lên dù là lực nâng hay lực cản?

Lời giải chi tiết:

Lực cản của chất lưu có vai trò tương tự như lực ma sát, chúng làm chuyển động của các vật khi ở trong nó bị chậm lại. Lực cản có phụ thuộc vào cả hình dạng lẫn tốc độ của vật.

Lực nâng của chất lưu có vai trò giúp khinh khí cầu lơ lửng được ở trên không trung, máy bay bay được trong không khí, cho phép tàu thuyền có thể di chuyển bên trên mặt nước, …

Khi một vận động viên nhảy dù bật dù nhảy từ trên xuống dưới, nhờ vào lực cản của không khí tác dụng lên dù mới có thể làm người nhảy dù rơi xuống đất chậm lại. Nếu như không có lực cản từ không khí thì vận động viên nhảy dù sẽ rơi xuống nhanh và có thể gặp chấn thương.

Câu 3: Nếu như thả rơi một hòn đá lớn cùng với một hòn đá nhỏ từ đỉnh một toà tháp cao tầng thì hòn đá nào sẽ chạm đất trước? Hãy giải thích hiện tượng đó.

Lời giải chi tiết:

Về mặt lý thuyết thì hòn đá nhỏ sẽ chạm đất trước do lực cản tác dụng lên hòn đá nhỏ sẽ ít hơn. Nhưng ở thực tế, hòn đá nhỏ và hòn đá lớn có thể chạm đất gần như cùng lúc với nhau do khi đó lực cản của không khí nhỏ hơn rất nhiều so với trọng lượng của vật (lực cản không có ý nghĩa), hai hòn đá rơi tự do xuống và không còn phụ thuộc vào khối lượng.

Câu 4: Một chiếc ô tô có khối lượng tổng cộng xe và người là khoảng 550 kg đang di chuyển trên một mặt đường nằm ngang. Biết lực đẩy hình thành bởi động cơ tác dụng lên ô tô rơi vào khoảng 300N và tổng lực cản từ môi trường lên ô tô là 200 N. Hãy biểu diễn hai lực trên tác dụng lên ô tô và xác định gia tốc của ô tô.

Lời giải chi tiết:

Chọn chiều (+) chính là chiều của chuyển động.

Theo công thức xác định lực tổng hợp ta có: $\vec{F}=\vec{F_d}+\vec{F_c}$ 

Áp dụng định luật II Newton, ta được: $\vec{F}=\vec{F_d}+\vec{F_c}=m.\vec{a}$

Chiếu vào chiều (+) của chuyển động ta có:

F = Fđẩy – Fcản = 300 – 200 = 100 N.

F = ma => $a=\frac{F}{m}=\frac{100}{550}\approx 0,18m/s^2$

Câu 5: Cho biết lực đẩy tối đa khi tác dụng lên một chiếc xe để nó có thể chuyển động trên mặt đường nằm ngang rơi vào khoảng 500 N. Lực cản của không khí tác dụng lên xe sẽ phụ thuộc vào vận tốc (v) theo công thức là $F = 0,2v^2$. Tính tốc độ tối đa của xe đó.

Lời giải chi tiết:

Chọn chiều (+) chính là chiều của chuyển động.

Theo công thức xác định lực tổng hợp ta được: $\vec{F}=\vec{F_d}+\vec{F_c}$ 

Áp dụng định luật II Newton, ta được: $\vec{F}=\vec{F_d}+\vec{F_c}=m.\vec{a}$

Chiếu vào chiều (+) của chuyển động ta có:

F = Fđẩy – Fcản = 500 – 0,5v2 = ma.

Để xe có thể đạt được tốc độ tối đa thì: 

a = 0 hay nói cách khác Fđẩy = Fcản ⇒ 500 – 0,5v2 = 0

=> |v| = 50 m/s.

Vậy tốc độ tối đa có thể có của xe là 50 m/s.

Lực cản và lực nâng là một phần kiến thức không chỉ quan trọng trong chương trình vật lý 10 mà còn có thể áp dụng rất nhiều vào thực tiễn. VUIHOC đã tổng hợp chi tiết về cả lý thuyết lẫn bài tập có lời giải liên quan đến phần kiến thức này nhằm giúp các em ôn tập dễ dàng và có kết quả tốt hơn. Để học thêm nhiều kiến thức liên quan đến môn Vật lý cũng như các môn học khác thì các em có thể truy cập vuihoc.vn hoặc đăng ký khoá học với các thầy cô VUIHOC ngay bây giờ nhé!