1. Kiến thức trọng tâm
Khi một vật chuyển động trong chất lưu như không khí hoặc nước, vật chịu tác dụng của lực cản của chất lưu. Lực cản luôn ngược hướng với vận tốc của vật và có độ lớn tăng theo tốc độ. Ở tốc độ nhỏ, lực cản tỉ lệ với vận tốc; ở tốc độ lớn, lực cản tỉ lệ với bình phương vận tốc. Nhờ lực cản, vật rơi trong không khí có thể đạt vận tốc giới hạn khi lực cản cân bằng với trọng lực, sau đó vật rơi đều.
Khi vật chuyển động trong chất lưu, vật còn chịu lực nâng do chênh lệch áp suất giữa các phía của vật. Lực nâng có hướng vuông góc với vận tốc của dòng chất lưu. Ví dụ, cánh máy bay có mặt trên cong hơn mặt dưới nên không khí trên cánh chuyển động nhanh hơn, áp suất nhỏ hơn, tạo ra lực nâng hướng lên. Tương tự, lực nâng giúp thuyền buồm và chim bay. Trong các bài toán lớp 10, lực nâng thường được xét ở mức định tính.
2. Ví dụ minh họa
Một người nhảy dù mở dù và rơi với vận tốc ổn định . Tổng khối lượng người và dù là . Lấy . Tính độ lớn lực cản của không khí tác dụng lên người nhảy dù.
Lời giải. Vì người rơi với vận tốc không đổi nên hợp lực tác dụng lên người bằng không. Lực cản hướng lên cân bằng với trọng lực hướng xuống. Trọng lực là . Vậy lực cản của không khí là .
3. Ghi nhớ
- Lực cản ngược hướng vận tốc, độ lớn tăng theo tốc độ.
- Vật rơi trong chất lưu có thể đạt vận tốc giới hạn khi lực cản cân bằng trọng lực.
- Lực nâng vuông góc với dòng chất lưu, do chênh lệch áp suất gây ra.