Nhà khoa họcLớp 10–12⏱ 20 phút

Bảo toàn năng lượng

Cho người trượt ván lao xuống dốc và xem năng lượng chuyển giữa động năng, thế năng và nhiệt, còn tổng thì không đổi.

Chuẩn: HS-PS3-1HS-PS3-2

1Tò mò

Tàu lượn siêu tốc không có động cơ sau con dốc đầu tiên, vậy mà nó vẫn lao qua những vòng xoay và leo lên những con dốc khác. Nó lấy năng lượng từ đâu?

2Khám phá

Công viên trượt ván năng lượng

Hoạt động này cần màn hình lớn hơn

Hãy xoay ngang điện thoại, hoặc mở bài học trên máy tính bảng hay máy tính. Phần giải thích và câu hỏi bên dưới vẫn dùng được ở đây.

Tốc độ 0 m/s Độ cao 2,96 m KE + PE + Nhiệt = 1,45 kJ

Đường trượt

Khối lượng m 50 kg Ma sát

Thử xem

Quan sát các cột khi người trượt lăn đi. Lúc nào động năng lớn nhất? Lúc nào thế năng lớn nhất?
Khi không có ma sát, người trượt có bao giờ lên cao hơn vạch xuất phát không?
Bật ma sát. Năng lượng bị mất đi đâu? Tổng năng lượng có thay đổi không?
Thay đổi khối lượng. Người trượt đi nhanh hơn hay chậm hơn? Còn năng lượng thì sao?
Trên đường có đồi ở giữa, kéo người trượt xuống thấp ở bên trái. Họ có vượt qua được ngọn đồi không?

3Giải thích

Bước 1 / 5

Năng lượng chuyển hóa

Khi người trượt lăn đi, năng lượng liên tục chuyển giữa thế năng (PE) và động năng (KE). Tổng năng lượng không đổi.

Bảo toàn năng lượng

\htmlClass{c-red}{\tfrac{1}{2}mv^2} + \htmlClass{c-blue}{mgh} + \htmlClass{c-amber}{Q} = \text{const}

Ở đây $Q$ là nhiệt sinh ra do ma sát. Năng lượng không tự sinh ra và không tự mất đi; nó chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác.

4Luyện tập

Câu 1 / 5

Một người trượt nặng 50 kg đứng ở độ cao 2 m (g = 9,8 m/s²). Thế năng là bao nhiêu?

5Tóm tắt

Năng lượng được bảo toàn: nó chuyển hóa nhưng tổng không đổi.
Thế năng $PE = mgh$ phụ thuộc độ cao; động năng $KE = \tfrac12 mv^2$ phụ thuộc tốc độ.
Không có ma sát, người trượt có thể lên lại đúng độ cao xuất phát.
Tốc độ ở đáy: $v = \sqrt{2gh}$ , không phụ thuộc khối lượng.
Ma sát biến cơ năng thành nhiệt.