Lý lịch
Trong Đơn vị Khoa học Vật lý này, học sinh sẽ khám phá cách các vật thể chuyển động và nghiên cứu các lực tác động lên chúng. Chuyển động và Lực là những khái niệm chính trong Khoa học Vật lý. Mọi vật trong vũ trụ đều liên tục chuyển động và chịu ảnh hưởng của các lực cân bằng và không cân bằng, chẳng hạn như lực hấp dẫn.
Một lực không cân bằng tác dụng vào một vật sẽ làm thay đổi tốc độ và/hoặc hướng chuyển động của vật đó. Nếu các lực cân bằng, vật sẽ đứng yên. Nếu các lực tác dụng vào vật không cân bằng thì vật sẽ chuyển động. Trong Đơn vị này, học sinh sẽ thử nghiệm các lực cân bằng và không cân bằng tác động lên Siêu xe.
Lực là gì?
Lực là tác động đẩy hoặc kéo của một vật. Khi tác dụng lực vào một vật, và lực đó không bị cản trở, nó sẽ làm thay đổi chuyển động của vật. Có lực cân bằng và lực không cân bằng. Các lực cân bằng nhưng ngược chiều được gọi là các lực cân bằng. Hai lực cân bằng không làm vật chuyển động.
Một ví dụ về lực cân bằng là hai nhóm người chơi kéo co với lực bằng nhau. Điều này sẽ khiến sợi dây giữ nguyên vị trí vì lực tác dụng lên cả hai bên là tương đương. Tuy nhiên, các lực không cân bằng sẽ khiến một hoặc nhiều vật chuyển động.
Nếu cả hai bên đều bị kéo với cùng một lực thì sợi dây sẽ không chuyển động và người kéo cũng vậy. Tuy nhiên, nếu lực kéo ở một bên lớn hơn thì sợi dây cũng sẽ chuyển động theo và những người ở phía bên kia cũng chuyển động theo.
Trọng lực hoặc lực hấp dẫn là lực hấp dẫn. Trên Trái Đất, trọng lực là lực mà Trái Đất tác dụng lên chúng ta, kéo chúng ta lại và giữ chúng ta trên mặt đất. Lực này quyết định cân nặng của chúng ta, chiều cao của một quả bóng bay hoặc bất kỳ lực vật lý nào khác trên hành tinh này.
Trong Đơn vị này, học sinh sẽ thử nghiệm lực hấp dẫn cân bằng và không cân bằng bằng cách đặt Siêu xe không có động cơ của mình lên đỉnh dốc.
Trong Phòng thí nghiệm 5, học sinh sẽ được giới thiệu về vận tốc thông qua việc sử dụng VEXcode GO để thay đổi cài đặt vận tốc của Code Super Car. Vận tốc là thước đo tốc độ và hướng chuyển động của một vật. Nếu học sinh giảm tốc độ của Code Super Car, lực mà Code Super Car tạo ra sẽ giảm. Các lực cân bằng sẽ giữ cho vận tốc của Siêu xe Code không đổi. Một lực không cân bằng sẽ khiến Siêu xe Code tăng tốc hoặc giảm tốc.
Chuyển động là gì?
Chuyển động là chuyển động. Chuyển động này có thể được phân tích bằng cách quan sát và đo khoảng cách mà vật thể di chuyển, tốc độ di chuyển và hướng di chuyển của nó. Chính xác hơn, chuyển động có thể được mô tả bằng ba định luật của Newton.
Định luật chuyển động đầu tiên của Newton
Định luật chuyển động thứ nhất của Newton: phát biểu rằng một vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên và một vật đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động, trừ khi chịu tác động của một lực không cân bằng hoặc lực bên ngoài.
Khi vật ở trạng thái nghỉ, học sinh sẽ dễ hiểu hơn tại sao chúng ở trạng thái nghỉ. Tuy nhiên, khi vật thể đang chuyển động rồi dần dần chậm lại hoặc đột ngột dừng lại do một số lực như ma sát hoặc trọng lực, thì những khái niệm này thường không dễ dàng nhìn thấy được. Vì thế, chúng khó có thể khái niệm hóa hơn. Các vật thể đứng yên thường là do có các lực cân bằng tác dụng vào vật thể đó. Khi một vật đang chuyển động, nó sẽ tiếp tục chuyển động cho đến khi có một lực không cân bằng hoặc lực bên ngoài tác động vào nó. Ví dụ, nếu bạn lăn một quả bóng xuống dốc, nó sẽ tiếp tục lăn cho đến khi chạm vào vật gì đó hoặc dừng lại trên một bề mặt phẳng và chậm lại do ma sát và/hoặc trọng lực.
Định luật chuyển động thứ hai của Newton
Định luật chuyển động thứ hai của Newton: phát biểu rằng gia tốc của một vật phụ thuộc vào khối lượng của vật và lực tác dụng vào vật đó. Định luật này định nghĩa lực bằng khối lượng nhân với gia tốc. (tức là F = m*a).
Lực tác dụng vào một vật càng lớn thì vật đó càng bị ảnh hưởng nhiều. Có rất nhiều điều kiện cần xem xét. Ví dụ, vật đó nặng hay lớn thế nào? Vật càng nặng hoặc càng lớn thì cần lực càng lớn để di chuyển nó.
Định luật chuyển động thứ ba của Newton
Định luật chuyển động thứ ba của Newton: phát biểu rằng với mọi tác động, đều có một phản tác động bằng và ngược chiều. Nói cách khác, nếu vật 1 tác dụng lực vào vật 2 thì vật 2 cũng tác dụng lực bằng thế vào vật 1.
Hãy nghĩ đến việc ngồi xuống một chiếc ghế. Lực bạn ngồi xuống phải được chặn lại bằng một lực hướng lên trên, nếu không ghế sẽ đổ. Xét về lực cân bằng và lực không cân bằng, khi lực cân bằng, vật không chuyển động và đứng yên. Ví dụ, hãy tưởng tượng bạn đang đẩy cánh tay vào tường. Lực từ cánh tay của bạn cân bằng với lực tác dụng của bức tường để giữ cho bạn đứng yên. Lực cũng có thể không cân bằng. Khi các lực không cân bằng, vật thể sẽ chuyển động. Điều này là do một lực lớn hơn lực kia.
Bánh răng là gì?
Bánh răng là bánh xe có răng xung quanh các cạnh được sử dụng để truyền lực từ vị trí này sang vị trí khác. Điều này có thể thực hiện được bằng các bánh răng có cùng kích thước để truyền cùng một lực hoặc bằng cách sử dụng các bánh răng có kích thước khác nhau để tạo ra lợi thế về tốc độ hoặc công suất khi truyền lực.
Có hai loại lợi thế cơ học mà bánh răng có thể tạo ra. Lợi thế cơ học là khi bạn cần ít lực hơn để thực hiện cùng một lượng công vì một máy đơn giản (trong trường hợp này là bánh răng) được sử dụng để tăng và thay đổi hướng của lực tác dụng. Ưu điểm cơ học có thể được điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu cụ thể. Khi hai bánh răng có cùng kích thước được ghép lại với nhau, nó sẽ tạo ra tỷ lệ truyền lực 1-1. Hai loại lợi thế cơ học khác là tốc độ và mô-men xoắn.
Liên quan đến cách chuyển động của bánh răng, có bánh răng chủ động và bánh răng bị động. Bánh răng dẫn động là bánh răng chuyển tiếp hoặc truyền lực tới bánh răng khác. Bánh răng bị động là bánh răng được đẩy về phía trước bởi một bánh răng khác.
Mô-men xoắn là một lợi thế cơ học giúp cho công suất của bánh răng hoặc máy móc dẫn động mạnh hơn. Mô-men xoắn được tạo ra khi bánh răng nhỏ hơn truyền động bánh răng lớn hơn. Bánh răng nhỏ cần quay nhiều vòng hơn để bánh răng lớn quay được một vòng. Hãy xem hình ảnh động bên dưới để thấy một bánh răng nhỏ quay một bánh răng lớn hơn.
Tốc độ là khoảng cách mà vật thể di chuyển theo thời gian và là một lợi thế cơ học giúp cho công suất của bánh răng hoặc máy móc được truyền động nhanh hơn. Ưu điểm này được tạo ra khi bánh răng lớn hơn truyền động bánh răng nhỏ hơn. Hãy xem hình ảnh động bên dưới để thấy bánh răng lớn quay một bánh răng nhỏ hơn.
Tốc độ tỉ lệ nghịch với mô-men xoắn. Nếu muốn đạt được tốc độ đầu ra thì phải giảm mô-men xoắn. Ngược lại cũng đúng, nếu muốn có mô-men xoắn hoặc công suất lớn hơn thì tốc độ sẽ giảm.
Bộ VEX GO có bốn loại bánh răng: Bánh răng đỏ có 8 răng, Bánh răng xanh lá cây có 16 răng, Bánh răng xanh dương có 24 răng và Bánh răng hồng có 24 răng. Bánh răng Đỏ, Xanh lá và Xanh lam có thể truyền tốc độ và mô-men xoắn. Bánh răng hồng không có lỗ vuông ở giữa và là bánh răng "chạy không tải". Nó thường được sử dụng để truyền mô-men xoắn từ vị trí này sang vị trí khác mà không cần thay đổi tỷ số truyền.
