Các bước giải một bài toán vật lý THPT

Có bao giờ các bạn học sinh mình hỏi là có tất cả bao nhiêu bước để giải một bài toán vật lý THPT không? Chắc đôi khi vì quá nhiều bài tập cần phải giải nên chúng ta làm theo thói quen: đọc đề và giải ra kết quả ... là xong (chỉ 2 bước thôi phải không?)

Câu trả lời 2 bước là không trọn vẹn, để giải một bài toán vật lý hay một chút ra kết quả đẹp và nhớ thật lâu thì chúng ta cần nhiều hơn 2 bước. (Bài toán vật lý hay ở đây là một bài toán mang tính tư duy nhiều một xíu chứ không chỉ đơn giản là tìm điện trở R sau khi biết được U và I nhé). Sơ bộ có các bước cụ thể như sau:

1. Bước 1: đọc đề hay thuật ngữ chuyên môn gọi là quan sát hiện tượng.

2. Bước 2: Phân tích hiện tượng, phân loại và giải thích định tính hiện tượng quan sát được.

3. Bước 3: Giải thích định lượng (giải ra số liệu)

5. Bước 5: Phát triển các bài toán tương tự khác dựa trên kết quả của bài toán vừa giải.

Thông thường chúng ta chỉ làm bước 1 và bước 3. Các bước còn lại hầu như không có trừ khi được hỏi trong đề. Bước 4 và bước 5 là hai bước rất quan trọng để có thể ứng dụng bài toán vào thực tế.

Chúng ta cùng tìm hiểu thử một bài toán vật lý hơi khá rắc rối một xíu nhé. "Làm sao để thuyền buồm có thể đi ngược hướng gió? Thông thường đề càng ngắn và không có số liệu cụ thể thì đáng sợ thật đúng không nào? Chúng ta hãy cùng đi từng bước nào.

Bước 2: Phân loại, giải thích định tính. Các bạn có thể tham khảo cách giải cô đọng một bài trên vnexpress nhé.

Với người không có kinh nghiệm đi biển hoặc không học vật lý thì việc thuyền buồn có thể bơi ngược gió thật khó tưởng tượng. Thực ra, thuyền không thể đi ngược hướng gió hoàn toàn, nhưng chệch một góc nhỏ thì có thể.

Muốn hiểu vấn đề, chúng ta hãy tìm hiểu lực gió tác dụng lên buồm như thế nào. Nhiều người nghĩ rằng, cánh buồm được đẩy theo chiều gió thổi, nhưng thực tế không phải vậy: Dù gió có thổi theo hướng nào thì nó cũng chỉ đẩy buồm theo phương thẳng góc với mặt phẳng của buồm mà thôi!

Trong hình 1, đường thẳng AB biểu diễn cánh buồm. R là lực đẩy của gió tác dụng vào cánh buồm. Ta phân tích lực R thành 2 phần, gồm lực Q vuông góc với cánh buồm và lực P hướng dọc theo nó. Vì sự ma sát của gió với cánh buồm là không đáng kể, nên lực P chỉ trượt qua chứ không tác dụng gì tới buồm. Chỉ có lực Q đẩy cánh buồm theo hướng vuông góc với mặt buồm.

Nếu hiểu được vấn đề trên, bạn cũng có thể hiểu tại sao thuyền buồm có thể đi ngược một góc nhọn với chiều gió.

Giả sử đoạn thẳng KK biểu diễn chiều dài của thuyền. Đường thẳng AB biểu diễn cánh buồm. Người ta hướng cánh buồm sao cho mặt phẳng của nó chia đôi góc giữa phương của lòng thuyền và phương của gió. Bây giờ, bạn hãy theo dõi biểu đồ phân tích lực ở hình 2, trong đó Q là áp lực của gió tác dụng lên cánh buồm.

Như đã phân tích ở hình 1, Q phải vuông góc với cánh buồm. Lực Q lại có thể được chia thành lực S dọc theo mũi thuyền và lực R vuông góc với chiều dài thuyền. Vì chuyển động của thuyền theo hướng R bị nước cản lại rất mạnh (thuyền buồm thường có lòng rất sâu), nên lực R hoàn toàn bị lực cản của nước cân bằng. Do đó, chỉ có S là lực hướng tới phía trước, giúp thuyền chuyển động ngược một góc nhỏ với chiều gió.

Sau khi trải qua một số bước giải về phân tích các lực theo các góc, giải các phương trình và bất phương trình chúng ta có kết quả lực kéo thuyền: S= F. sinα . sinβ (với: S là lực kéo thuyền; F là lực của gió, α: là góc nghiêng của buồm so với hướng gió; β: là góc nghiêng của thuyền so với buồm)

Bước 4: Nhận xét kết quả. - Để S đạt giá trị lớn nhất (Smax) thì góc buồm nghiêng 45 độ so với hướng gió và góc giữa mạn thuyền và buồm là 22.5 độ so với phương ngang (hay 67.5 độ so với phương gió thổi hay 1/2 góc buồm). Các bạn chuyên Lý giúp giải chi tiết các kết quả này nếu có thể nhé.

- Thực tế (hình 3), để đưa thuyền từ điểm A đến điểm B, ngược chiều gió, người ta phải hướng thuyền buồm đi theo đường zic zac nên quãng đường sẽ dài hơn rất nhiều so với quãng đường thực tế muốn di chuyển (đường chim bay) và chỉ áp dụng được với mặt nước rộng, đáy sâu như biển chứ không thể áp dụng cho sông hồ (vì không thể di chuyển thuyền zic zac được).

- Và để thuyền không bị lật hay lực vuông góc mạn thuyền đẩy thuyền về hướng ngược gió thì thuyền phải nặng, trọng tâm thấp, lòng thuyền sâu và cánh buồm phù hợp (không phải lớn là tốt, sẽ bị lật thuyền).

- Để lực trượt dọc cánh buồm không kéo thuyền về hướng ngược lại thì cần buồm phải phẳng phiu (không bị nhiều chấp vá), trơn tru (chất liệu)...

- Thực tế từ các nhận xét kết quả cho thấy, không phải loại thuyền nào muốn dùng buồm cũng được mà phải có kết cấu riêng biệt, chuyên dụng cho việc dùng buồm.

- Để cải tiến hiệu suất di chuyển tối ưu của thuyền buồm các yếu tố chúng ta cần tập trung ngoài kích thước và chất liệu buồm còn gồm cả phần mạn thuyền nằm sâu dưới lòng nước; việc thiết kế thuyền có trọng tâm càng sâu càng tốt để chống lật...

Trên đây là 5 bước để giải hoàn thiện một bài toán Vật lý THPT. Khi làm được việc này, các bạn sẽ thấy môn Lý bớt khô khan, mở ra các chân trời mới từ kết quả có được, biết được ưu nhược điểm của từng vấn đề, biết được vị trí cần tập trung cải tiến, nâng cao hiệu suất hiệu quả các kết cấu hoặc hệ thống đang sử dụng. Và trên hết là việc phải động não để hiểu sâu sắc hơn, nhớ lâu hơn và có cái nhìn bao quát hơn.