Chúng ta cùng phân tích đề bài nhé:

Đề bài: Một vật có khối lượng m = 2 kg đoạn thả rơi từ độ cao h = 4 m so với mặt đất tính tốc độ của vật ngay trước khi chạm đất biết Toàn bộ thế năng của vận chuyển hóa thành động năng của vật.

Trước hết, chúng ta cùng tóm tắt các đại lượng đã cho và xác định yêu cầu của bài toán:

• Khối lượng vật (m): \(m = 2 \text{ kg}\)
• Độ cao ban đầu (h): \(h = 4 \text{ m}\)
• Gia tốc trọng trường (g): Thông thường, trong các bài toán Vật lý cấp THCS, chúng ta có thể lấy gia tốc trọng trường \(g \approx 10 \text{ m/s}^2\) để dễ tính toán. Hoặc nếu đề bài yêu cầu chính xác hơn, chúng ta dùng \(g = 9.8 \text{ m/s}^2\). Ở đây, cô sẽ dùng \(g = 10 \text{ m/s}^2\).
• Yêu cầu: Tính tốc độ của vật ngay trước khi chạm đất (v).
• Nguyên lý quan trọng: Toàn bộ thế năng của vật đã chuyển hóa thành động năng của vật ngay trước khi chạm đất.

Bây giờ, chúng ta sẽ tiến hành giải bài toán từng bước một nhé:

Bước 1: Tính thế năng ban đầu của vật.

Khi vật ở độ cao \(h\) so với mặt đất, nó có thế năng hấp dẫn. Công thức tính thế năng hấp dẫn là:

\(E_p = mgh\)

Trong đó:

• \(m\) là khối lượng của vật (kg)
• \(g\) là gia tốc trọng trường (\(\text{m/s}^2\))
• \(h\) là độ cao của vật so với mốc thế năng (m)

Thay các giá trị đã biết vào công thức:

\(E_p = 2 \text{ kg} \times 10 \text{ m/s}^2 \times 4 \text{ m}\)

\(E_p = 80 \text{ J}\)

Vậy, thế năng ban đầu của vật là \(80 \text{ Jun}\).

Bước 2: Áp dụng nguyên lý chuyển hóa năng lượng.

Theo đề bài đã cho, toàn bộ thế năng của vật đã chuyển hóa thành động năng của vật ngay trước khi chạm đất.

Điều này có nghĩa là:

\(E_{k \text{ (lúc chạm đất)}} = E_{p \text{ (ban đầu)}}\)

Vậy, động năng của vật ngay trước khi chạm đất là:

\(E_k = 80 \text{ J}\)

Bước 3: Tính tốc độ của vật dựa vào động năng.

Động năng của một vật được tính bằng công thức:

\(E_k = \frac{1}{2}mv^2\)

Trong đó:

• \(m\) là khối lượng của vật (kg)
• \(v\) là tốc độ của vật (\(\text{m/s}\))

Chúng ta đã biết \(E_k = 80 \text{ J}\) và \(m = 2 \text{ kg}\). Hãy thay các giá trị này vào công thức để tìm \(v\):

\(80 \text{ J} = \frac{1}{2} \times 2 \text{ kg} \times v^2\)

\(80 = 1 \times v^2\)

\(v^2 = 80\)

Để tìm \(v\), chúng ta lấy căn bậc hai của 80:

\(v = \sqrt{80}\)

\(v \approx 8.944 \text{ m/s}\)

Chúng ta có thể làm tròn kết quả cho dễ đọc và phù hợp với độ chính xác thường dùng trong cấp THCS:

\(v \approx 8.94 \text{ m/s}\)

Kết luận:

Vậy, tốc độ của vật ngay trước khi chạm đất là \(8.94 \text{ m/s}\).

Các em thấy đó, bài toán này áp dụng trực tiếp nguyên lý chuyển hóa năng lượng, một kiến thức rất quan trọng trong Vật lý. Khi một vật rơi tự do và không có lực cản không khí đáng kể, thế năng của nó sẽ chuyển hóa hoàn toàn thành động năng. Đây là cơ sở để chúng ta giải quyết nhiều bài toán khác liên quan đến cơ năng đấy.

Chúc các em học tốt và luôn yêu thích môn Vật lý nhé!