Vì sao kéo một sợi xích lên bàn càng gần hết có thể càng nhẹ trong mô hình chậm?

Giải thích nguyên lý

Phần xích còn thõng xuống mới có trọng lượng làm tăng thế năng khi được kéo lên. Khi phần này ngắn dần, lực kéo cần để cân bằng gần tĩnh cũng giảm. Không thể lấy trọng lượng cả sợi nhân mọi đoạn kéo. Muốn tính công phải cộng theo phần tải đang còn treo hoặc so độ tăng thế năng của toàn xích.

Ví dụ tính từng bước

Xích đều dài 1 m, khối lượng 1 kg, ban đầu thõng hết dưới mép bàn, g = 10 m/s². Kéo rất chậm 0,60 m lên bàn nhẵn, phần thõng còn 0,40 m. Lực kéo gần tĩnh giảm từ 10 xuống 4 N. Công xấp xỉ (10 + 4)/2 × 0,60 = 4,20 J. Kiểm bằng thế năng: ban đầu khối lượng 1 kg có tâm thấp 0,50 m; cuối chỉ 0,40 kg còn thấp trung bình 0,20 m. Thế năng tăng 5 − 0,80 = 4,20 J.

Điểm dễ hiểu sai

Công thức lực gần bằng trọng lượng phần treo cần chuyển động đủ chậm; ở tốc độ đáng kể còn có tác dụng đổi hướng dòng xích và các hiệu ứng động lực học.

Tự kiểm tra

Không được tính 10 × 0,60 = 6 J như thể phần treo luôn nặng 10 N.

Điều kiện áp dụng

Xích mềm đều, bàn và mép dẫn nhẵn, lấy giới hạn gần tĩnh, bỏ thay đổi động năng và tổn hao. Không dùng ví dụ để dự đoán lực giật của xích đang chạy nhanh.

Đọc hình minh họa

Xích qua mép bàn ở hai trạng thái: phần treo dài 1 m rồi 0,40 m, phần nằm ngang tăng từ 0 lên 0,60 m; công kéo gần tĩnh là 4,20 J. Các mũi tên chỉ đại lượng theo nhãn; hình định tính không dùng để đo tỉ lệ lực hoặc độ dài. Các đồ thị đọc theo số liệu và đơn vị hai trục.

Học tiếp

Công của lực bằng Fs cos alpha khi nào Định lí động năng liên hệ tổng công ra sao