Giải 3.10* trang 12 SBT Khoa học tự nhiên 9

Lời giải

Nhận xét chung: Đây là bài thí nghiệm, số liệu độ cao nảy lên đo được thay đổi tùy quả bóng và mặt sàn. Dưới đây là bảng số liệu tham khảo (một kết quả đo thực tế hợp lí) cùng cách tính thế năng.

Thả bóng từ độ cao $h = 1$ m. Khi bóng nảy lên đến độ cao cực đại $h'$, bóng dừng lại trong khoảnh khắc nên động năng bằng 0, toàn bộ cơ năng ở vị trí đó là thế năng trọng trường:

$$W_t = P \cdot h' = 10 \cdot m \cdot h'$$

(lấy trọng lượng $P = 10m$, với $m$ tính bằng kg, $h'$ tính bằng m thì $W_t$ tính bằng J).

a) Bảng đo độ cao nảy lên và tính thế năng

| Quả bóng | Khối lượng $m$ (kg) | Độ cao nảy lên $h'$ (m) | Thế năng $W_t = 10\,m\,h'$ (J) |
|---|---|---|---|
| Bóng đá | 0,45 | 0,45 | $10 \times 0{,}45 \times 0{,}45 \approx 2{,}03$ |
| Bóng rổ | 0,60 | 0,60 | $10 \times 0{,}60 \times 0{,}60 = 3{,}60$ |
| Bóng tennis | 0,057 | 0,55 | $10 \times 0{,}057 \times 0{,}55 \approx 0{,}31$ |
| Bóng bàn | 0,0027 | 0,50 | $10 \times 0{,}0027 \times 0{,}50 \approx 0{,}0135$ |

*(Số liệu khối lượng và độ cao nảy chỉ mang tính tham khảo; khi làm thí nghiệm em thay bằng số đo thực tế của mình.)*

b) Giải thích sự khác biệt về độ cao nảy lên

Khi rơi, thế năng của bóng chuyển dần thành động năng; lúc chạm sàn, bóng bị biến dạng rồi lấy lại hình dạng và nảy lên, động năng lại chuyển thành thế năng.

Theo định luật bảo toàn, nếu không có hao hụt thì bóng phải nảy lên đúng độ cao ban đầu $h = 1$ m. Nhưng thực tế mỗi quả đều nảy lên thấp hơn, vì một phần cơ năng đã chuyển hóa thành dạng năng lượng khác trong lúc va chạm và chuyển động:

- Năng lượng làm nóng quả bóng và mặt sàn do biến dạng (ma sát trong của vật liệu).
- Năng lượng tạo ra âm thanh khi bóng đập xuống.
- Năng lượng hao do lực cản của không khí.

Các quả bóng làm từ vật liệu khác nhau nên tính đàn hồi khác nhau: quả bóng càng đàn hồi tốt (ít mất năng lượng khi biến dạng) thì nảy lên càng cao, quả bóng kém đàn hồi hoặc hao nhiều năng lượng khi va chạm thì nảy lên thấp hơn. Vì vậy các quả bóng khác nhau đạt độ cao nảy lên khác nhau. (Lưu ý: độ cao nảy lên phụ thuộc chủ yếu vào độ đàn hồi, không phụ thuộc khối lượng của bóng.)

Đáp số