Thí nghiệm vui · Vật lý 10 · Chuyển động tròn
Quay xô nước vòng tròn mà nước không đổ
Quay nhanh một xô nước theo vòng tròn thẳng đứng, ở điểm cao nhất xô úp ngược mà nước vẫn không rơi ra.
🧰 Chuẩn bị
- Xô nhựa nhỏ có quai chắc
- Một ít nước (khoảng 1/4 xô)
- Khoảng sân rộng
🤔 Dự đoán trước khi làm
Quay chậm và quay nhanh: lúc nào nước bị đổ ra ở điểm cao nhất?
Ghi dự đoán của em ra giấy, sau khi làm thí nghiệm hãy so sánh xem em đoán đúng không nhé!
🧪 Cách làm
- Cầm chắc quai xô, đứng ở chỗ rộng, cách xa người khác.
- Đung đưa xô vài lần rồi quay cả cánh tay thành vòng tròn thẳng đứng, đều và đủ nhanh.
- Quay 3 – 4 vòng rồi giảm dần tốc độ ở phía dưới, dừng lại nhẹ nhàng.
⚠️ An toàn
- Làm ngoài trời, cách xa người khác ít nhất 2 m.
- Không quay quá lâu gây chóng mặt; không dùng xô thuỷ tinh hoặc xô nặng.
👀 Hiện tượng
Bấm để xem hiện tượng (sau khi đã làm thí nghiệm)
Khi quay đủ nhanh, nước nằm yên trong xô kể cả khi xô úp ngược ở điểm cao nhất.
Em quan sát thấy:
💡 Giải thích
Bấm để xem giải thích
Để nước chuyển động tròn cần lực hướng tâm \(F_{ht} = \dfrac{mv^2}{r}\). Ở điểm cao nhất, trọng lực và phản lực của đáy xô cùng hướng xuống tâm: \(mg + N = \dfrac{mv^2}{r}\). Nước không rơi khi \(N \ge 0\), tức là \(v \ge \sqrt{gr}\). Với \(r \approx 0{,}8\) m cần \(v \ge 2{,}8\) m/s — khoảng hơn nửa vòng mỗi giây.
Em hãy giải thích hiện tượng bằng kiến thức đã học:
🚀 Thử thêm
- Tính tốc độ tối thiểu cho chiều dài cánh tay của em.
- Liên hệ: đường đua mô tô vòng xiếc, tàu lượn siêu tốc.