Tạp chí vật lý và tuổi trẻ số 216 tháng 8 năm 2021

Tạp chí vật lý và tuổi trẻ số 216 tháng 8 năm 2021

HOIVATLY VIETNAM | NAM THU 19

'VẬT LÝ & TUỔI TRE

TÌM HIẾU SÂU THÊM LÝ SƠ CÁP

LUC DAY AC-SI-MET

(Dành cho Trung học cơ sở)

Khi một vật được nhúng vào chất lỏng nó bị chất

lỏng đây thăng đứng từ dưới lên với lực có độ

lớn bằng trọng lượng của phần chất lỏng mà vật

chiếm chỗ Lực này gọi là lực đây Ác-si-mét

Độ lớn lực đây Ác-si-mét được xác định bằng

biều thức: F = đ.V,

Trong đó đ là trọng lượng Tiêng của chất lỏng

còn V, 1a thé tich phan chat lỏng bị vật chiếm

chỗ Trong các điều kiện đơn giản coi đ= 10p

với p là khối lượng riêng của chất lỏng, biêu thức

luc day Ac-si-mét tro thành: ƑA = 10p,

Đề giải các bài toán liên quan đến lực day Ác-si-

mét, bạn hãy nhớ kết hợp khéo léo điều kiện cân

bằng lực khi vật cân bằng trong chất lỏng Điều

kiện cân bằng lực tổng quát:

eo

Tức là khi vật cân bằng, tông các lực tác dụng

lên vật bằng 0, nếu vật chỉ chịu tác dụng của các

lực có phương thắng đứng, tổng các lực kéo vật

xuống có độ lớn bằng tông độ lớn các lực đây

vật lên

Bây giờ chúng ta hãy tìm hiểu một số bài toán

liên quan đến lực đây Ác-si-mét

Bài toán 1 Một chiếc cốc có thành rất mỏng

nỗi trên mặt chất lỏng có khối lượng riêng Po»

trong cóc chứa một chất lỏng khác có khối lượng

riêng p và thể tích V Biết rằng mực chất lỏng

bên trong và bên ngoài cốc trùng khớp nhau Tìm

khối lượng của côc

có điều kiện cân bằng:

Ø,V = pfỨ +m Suy ra, khối lượng của cốc là:

m=(p,—p)V

Bài toán trên khá đơn giản khi xem rằng thành

cốc rất mỏng, nếu kể đến kích thước của thành

cốc thì bài toán sẽ không còn đơn giản như

Giải Gọi p là khối lượng riêng của gỗ, pạ là khôi

va h, lần lượt là chiều cao của cốc, độ sâu phần

cốc chứa đầy nước

Trạng thái cân bằng khi cốc không chứa gì:

VAT LY & TUỔI TRẺ

TRUNG HOC PHO THONG

TH1/216 Hinh lap phuong bi khoét

có thê trượt theo phương ngang của mặt sàn

khối lượng m dang dimg yen có kích thước hình

học không đáng kê Coi gia tốc trọng trường tại

nơi xét hệ là không đôi và luôn có giá trị ø

|

&

a) Tìm vận tốc theo phương ngang phải truyền

cho vật nhỏ 7 (ở tất cả khối lượng khối lập

phương có thể có tỷ lệ) đề khối lập phương có

thể nhảy lên khỏi mặt bàn trong quá trình chuyên

động Bỏ qua ma sát ở mọi nơi

b) Ở giá trị nào của tỉ số khối lượng —— M thi van

m

toc cần truyền ở trên đạt được là nhỏ nhất? Tìm

vận tốc ây khi này

TH2/216 Các quan điềm coi ánh sáng là chùm

hạt có khói lượng đã có từ thời Newton nhưng

các thí nghiệm của Fresnel và Young đã dần bác

bỏ quan điểm này từ thế ký XVIII Nhưng đến

cuối thế kỷ XIX, đặc biệt là sau thí nghiệm của

Hertz và A.Stoletov tìm ra hiệu ứng quang điện

ngoài những năm 1887 — 1896, Einstein trong

năm 1905 phải đưa trở lại khái niệm ánh sáng là

chùm hạt không khói lượng chuyên động với tốc

độ không đổi trong chân khong la c Từ đây quan

điểm lượng tử ánh sang (hat anh sang — photon)

ra đời Theo đó ánh sáng coi là một chùm các hạt

photon Các photon khi giam giữ trong một bình

phản xạ toàn bộ hành xử như một chất khí, gây

nên áp suất trong bình Pp

6

Người ta đã tìm được liên hệ của p và mật độ nội năng 1 ` của khí photon theo biểu thức p="

3

trong d6 U là tông nội năng của khí nay, 7 J

thể tích bình chứa khí Biết rằng mật độ nội

năng chỉ phụ thuộc nhiệt độ tuyệt đối T theo

dạng = u(T)

2a) Chứng minh rằng u= =AT (dinh luat Stefan — Boltzmann), 4 là hằng SỐ

b) Tìm biểu thức entropy S = S(V, 7) Tim lién

hé p - V trong qua trình đoạn nhiệt của khí này,

TH3/216 Quang đạo cúa thấu kính Eaton Đối với một số góc tới với thông số xác định,

một số môi trường sẽ tạo ra hình ảnh hình học hoàn hảo của một sóng cầu (mặt sóng trực tâm)

Có rất nhiều mô hình chiết suất có thê tạo ra hiệu

ứng này Một trong những mô hình đơn giản nhật

được đề xuất bởi Eaton Một môi trường hình cầu được chế tạo bởi một vat ligu (material) quang tử, sao cho chiết suất đối xứng tâm phụ

2R

thuộc theo hàm ør) = =a „ người ta goi qua

cầu tạo bởi chiết suất thế này là thâu kính Eaton Thấu kính loại này được chế tạo để dùng với

sóng điện từ trong vùng từ quang phô khả kiến

đến sóng vô tuyển điện

a) Một điểm 8 nằm trên mặt cầu tâm Ø bán kính

Ä của môi trường trên, đối xứng với điểm sáng

S qua Ó, chứng to rằng Ø và Š là hai điểm liên hợp (Tức là nếu S là điểm sáng thì 8 là ảnh và

ngược lại)

b) Tính thời gian một tia sáng xuất phát tử gửi

tới S’

TH4/216 Khoét quả cầu Eaton trong bài a ở

trên bởi một hóc cầu đồng tâm bán kính > Ễ như hình Phần bị khoét bị lấp đầy bởi một quả ca

dan tich điện đến điện tích Q phan bó đều sở

mặt quả cầu Quả cầu đã cho có thê hành xử

một lớp điện môi giới hạn bởi bán kinh R

số 216 tháng 8-2!

Các bạn có lời giải đúng: Võ Trương Thiên Kỳ, 11 Lý,

THPT chuyên Lương Văn Chánh, Phú Yên

TH3/213 Đơn cực từ

Ngay từ thé ky 18, Charles Coulomb da thong

qua thực nghiệm đề phát hiện ra rằng các định

luật tương tác của các điện tích và của các cực

trên nam châm là giống hệt nhau Kề từ đó, nhiều

nghiên cứu đã tìm mọi cách nhằm tách biệt hai

cực nam châm đề thu được từ tích “đơn” (hay

con gọi là “magnetic monopole” - - đơn cực từ)

Tuy nhién, sau moi nô lực thì người ta thay được

rằng mọi nam châm (dù lớn hay nhỏ) đếu luôn

luôn có hai cực từ, hay nói cách khác, nam châm

có tính chất lưỡng cực Vào thé ky 19, Andre-

Marie Ampere da chi ra rằng trường lưỡng cực

được tạo ra bởi vòng dây nhỏ có vector điện tích

A va dong dién I chạy qua Khi đó, từ trường

gây bởi vòng dây được mô tả nhờ mômen lưỡng

cực từ p„ = l A Nho do, ching ta khong cân thiết

phải giả sử sự tôn tại của từ tích đề mô tả các

hiện tượng quan sát được

Vào thé I} 20, Paul Dirac đã đề xuất ra ý tưởng

về cách tạo ra đơn cực từ “nhân tạo”: theo đó

ta cân lấy một cuộn đây dân điện grep) rat

manh va rat dai Duong kinh solenoid la D, cuong

độ dòng điện chạy qua cuộn, và mật độ cuén day

là n Xét hệ tọa độ tru với các tọa độ z, r gắn có

định vào cuộn dây, với gốc tọa độ của hệ nam

trén truc va tai đâu cuộn (hình 1) Tại một điểm

bên ngoài ở gân đâu trên cua cuộn, có vector toa

độ? (độ lớn |7 Er nhỏ hơn rat nhiều so với chiều

đài của cuộn solenoid nhựng r~ D), vector từ

trường có thể được biểu diễn một cách gân đúng,

dây dẫn có điện trở R và

một diode ly twong Vong dat trong mat phang nam ngang, mot ống thủy tinh đài đi qua tâm của nó (hình 2) Tìm điện tích di chuyển qua diode khi tha mot nam

châm nhỏ có mômen từ P„ đi =

TH

Giải a) Tại một điểm ở cách xa cuộn solenoid, ;

moi vong day có tác dụng như một lưỡng cực từ m: 1a CÓ thẻ tưởng tượng nó cau tao tir hai đơn

cực từ +7 nằm cách nhau một khoảng đ=—

(bằng khoảng cách giữa hai vòng dây) Khi đó

cuộn dây solenoid là một chuỗi các lưỡng cực có các cực trái dâu liền kề nhau sẽ triệt tiêu nhau, ngoại trừ hai đầu cuộn solenoid Mômen từ của

một vòng ø„ =D nên độ lớn của đơn cực từ

ở đầu cuộn solenoid là m= p„n= “Din ;

Thay m vào (2) rồi đồng nhật biêu thức với (1)

uD”

iG

b) Từ thông do nam châm gửi qua khung day

thay đổi khi nó rơi xuống, và do đó sinh ra điện

áp V trong khung theo định luật Faraday:

ta được Â=

d®

V=-—(# a)

Trong qua trinh chuyên động của nam châm, cực

của điện áp cảm ứng có thể mang một trong hai dấu, thụ thuộc vào dầu của biến thiên từ thông,

diode có nhiệm vụ đóng chặn dòng (mạch hở) hoặc mở cho dòng đi qua (đoản mạch)

13

Các bạn có lời giải đúng:

N guyên Đức Minh

lề xuất khác như là H

ournal, Physics To Senso

phox ; các ứng dụng,

m ï_ Thông qua kết quả khớp dữ liệu chúng tôi xác

định được phương trình dao động của con lc là:

ay= 1,9.ể°156in5,37.1 (m/2) (3)

sư Từ đó chúng tôi tính được chu kì của đao động là

Lriii s7 1 T= 1,17 s và hệ số đập tắt © = 0,15 5"

cầu HS đưa ra các phương án khảo sát, dự đoán

kết quả và sau đó là kiểm nghiệm lại băng thực

nghiệm như thay đổi chiều dài dây, thay đôi lí độ

ban đầu, hoặc tăng thời gian ghi dữ liệu Đây là

một thí nghiệm rất trực quan, và dễ thực hiện với

sự chuẩn bị đơn giản (sợi dây nhẹ) và tôn ít thời

=m gian (khoảng 5 phút thực hiện) nhưng đem lại

nhiều hứng thú cho HS

3.2 Khảo sát hiện tượng phân cực ánh sáng

ì Thí nghiệm này giả thiết rằng nguồn sáng tự

nhiên là ánh sáng có véc tơ điện từ trường vuông (b) AZ,=1,9.8''sin 5,37.f(m/) góc với đường đi của tia sáng (phân cực tròn)

Ệ : = 3 a Anh sang tu nhién sau khi di qua kính phân cực

1(s) sẽ thành ánh sáng phân cực thăng (vector điện

trường, từ trường chỉ dao động trong một mặt

sát trên ứng dụng Science Journal (4) và kết quả phân tích aaa nh XIET TT nu

số liệu trong đó đường và điểm mâu đen là dữ liệu thực te ; ly) ch ; : nghiệm, đường liền nét mâu đỏ là đường khớp hàm dạng cực thăng có cường độ giảm đáng kê so với

A.e™ sin(wt) (b) ánh sáng phân cực tròn ban dau, day chính Kết quả thí nghiệm được trình bày trên Hình la, là nguyên tặc của kính mát và kính phân cực

gia tốc theo phương y của điện thoại chính là đồ _ TORS nhiệp ảnh

thị gia tốc của con lắc theo thời gian Kết quả cho

thấy, gia tốc của con lắc tuần hoàn và có dạng sin

với biên độ giảm dần, theo như phương trình (1)

và (2) li độ của con lắc cũng thay đôi theo quy

luật dạng sin cùng pha với sự thay đôi của gia tốc

Đề xác định chính xác phương trình dao động tắt

dần của con lắc, chúng tôi sử dụng dữ liệu đo

của ứng dụng Science Journal sau đó vẽ và phân

tích bằng phần mềm Origin và đã thu được kết

quả như trình bày trên Hình Ib Sử dụng công

cụ khớp hàm trong Origin, chúng tôi so sánh kết

quả do voi dao dong tat dan dang sin (bién do Phạm Đỗ Chung, Nguyễn Thành Lập dao động giảm dân theo hàm e-z/), phương pháp m1 ` SỐ

gần đúng trong công cụ này sử dụng nguyên tác Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội

bình phương tôi thiêu đề cho kết quả lí thuyết sai c và

lệch ít nhất so với kết quả thực nghiệm (còn nữa - Xem tiếp ky sau)

Trường THCS Hoàng Xuân Hãn