Phân tích sự chuyển hóa động năng và thế năng của bạn nhỏ đang chơi cầu trượt ở hình 2.4

a) Bỏ qua ma sát của mặt cầu trượt và lực cản không khí.

- Ở đỉnh cầu trượt: Khi bạn nhỏ đứng ở đỉnh cầu trượt, bạn có thế năng cao nhất do độ cao so với mặt đất. Bạn nhỏ ở đỉnh cầu trượt, chưa chuyển động trượt xuống nên động năng là 0.

- Khi bắt đầu trượt xuống: Khi bạn nhỏ bắt đầu trượt xuống, độ cao giảm, do đó thế năng giảm theo, vì vậy động năng sẽ tăng theo.

- Khi đạt đến đáy cầu trượt: Khi bạn nhỏ đạt đến đáy cầu trượt, độ cao là thấp nhất, nên thế năng bằng 0. Toàn bộ thế năng đã chuyển hóa thành động năng, tức là lớn nhất.

Trong trường hợp này, không có mất mát năng lượng nào do bỏ qua ma sát mặt cầu trượt và lực cản không khí, nên năng lượng (thế năng + động năng) của bạn nhỏ được bảo toàn trong suốt quá trình chơi cầu trượt.

b) Lực ma sát giữa bạn nhỏ và cầu trượt có giá trị đáng kể.

- Ở đỉnh cầu trượt: Khi bạn nhỏ đứng ở đỉnh cầu trượt, bạn có thế năng cao nhất do độ cao so với mặt đất. Bạn nhỏ ở đỉnh cầu trượt, chưa chuyển động trượt xuống nên động năng là 0.

- Khi bắt đầu trượt xuống: Khi bạn nhỏ bắt đầu trượt xuống, độ cao giảm, do đó thế năng giảm theo, vì vậy động năng sẽ tăng theo nhưng một phần của năng lượng này sẽ bị mất do lực ma sát.

- Khi đạt đến đáy cầu trượt: Khi bạn nhỏ đạt đến đáy cầu trượt, độ cao là thấp nhất, nên thế năng bằng 0. Toàn bộ thế năng đã chuyển hóa thành động năng nhưng một phần đã bị mất do lực ma sát.

Trong trường hợp này, lực ma sát giữa bạn nhỏ và cầu trượt có giá trị đáng kể nên làm giảm năng lượng của bạn nhỏ theo thời gian và làm cho năng lượng cuối cùng (động năng khi bạn nhỏ đạt đến đáy cầu trượt) ít hơn so với trường hợp không có lực ma sát. Vì vậy, tốc độ trượt của bạn nhỏ sẽ bị giảm.

a. Khi bạn nhỏ ở trên cao (so với mặt đất) thì bạn nhỏ có thế năng lớn nhất. Trong quá trình trượt có sự chuyển hóa từ thế năng sang động năng do độ cao của bạn nhỏ giảm dần, tốc độ trượt tăng dần. Khi gần chạm sát mặt đất toàn bộ thế năng ban đầu chuyển hóa thành động năng.

b. Khi bạn nhỏ ở trên cao (so với mặt đất) thì bạn nhỏ có thế năng lớn nhất. Trong quá trình trượt có sự chuyển hóa từ thế năng sang động năng do độ cao của bạn nhỏ giảm dần, tốc độ trượt tăng dần. Vì lực ma sát giữa bạn nhỏ và cầu trượt có giá trị đáng kể nên trong khi trượt năng lượng của bạn nhỏ bị chuyển hóa một phần thành năng lượng nhiệt làm nóng chỗ cơ thể người tiếp xúc với mặt cầu trượt và tỏa ra môi trường. Do vậy, toàn bộ năng lượng ban đầu (thế năng) bị chuyển hóa thành động năng và nhiệt năng ngay trước khi bạn nhỏ chạm đất.

(Động năng của bạn nhỏ trước khi chạm đất trong trường hợp b nhỏ hơn trường hợp a).

Xem đáp án tại đây: Giải SGK Khoa học tự nhiên lớp 9 bài 2: Cơ năng