🛠️ Dự án: Thiết kế “Đường đua tàu lượn mini”

Nhiệm vụ: Dùng vật liệu tái chế, thiết kế một đường đua cho viên bi thủy tinh tự chạy từ điểm xuất phát đến đích, vượt qua ít nhất 2 đồi, không bị văng ra ngoài. Giải thích thiết kế bằng sự chuyển hoá và bảo toàn cơ năng.

Hình 8. Gợi ý đường đua tàu lượn mini.

Vật liệu gợi ý: ống xốp cách nhiệt (bảo ôn) cắt đôi theo chiều dọc hoặc ống nhựa mềm, bìa các-tông, băng dính, que đũa hoặc ống hút làm cột chống, bi thủy tinh, cốc giấy làm đích, thước dây.

1

Xác định vấn đề (S – Khoa học): Bi chỉ có năng lượng ban đầu là thế năng ở điểm xuất phát. Muốn bi vượt qua đồi thì độ cao các đồi phải như thế nào? Vì sao?

2

Nghiên cứu kiến thức nền: W = W_đ + W_t; bảo toàn cơ năng khi bỏ qua ma sát; trong thực tế cơ năng giảm dần do ma sát.

3

Thiết kế (E – Kĩ thuật): Vẽ bản vẽ đường đua, ghi độ cao điểm xuất phát (H) và từng đồi (h₁, h₂…). Gợi ý: h₁ ≈ 70–80% H, đồi sau thấp hơn đồi trước.

4

Chế tạo & thử nghiệm (T – Công nghệ): Lắp đường đua, thả bi 5 lần, ghi số lần bi về đích. Nếu bi không qua đồi: hạ thấp đồi hoặc nâng điểm xuất phát; nếu bi văng ra: giảm độ dốc, làm thành máng cao hơn.

5

Tính toán & chia sẻ (M – Toán học): Tìm độ cao đồi cao nhất mà bi còn vượt qua được, tính tỉ lệ h_max : H để ước lượng phần cơ năng bị mất do ma sát. Thuyết trình sản phẩm (3 phút).

Tiêu chí đánh giá	Điểm
Bi tự chạy từ xuất phát đến đích, qua ít nhất 2 đồi, ≥ 4/5 lần thành công	3
Bản thiết kế có số đo độ cao rõ ràng; đường đua chắc chắn, đẹp, dùng vật liệu tái chế	2
Giải thích đúng sự chuyển hoá động năng – thế năng tại các điểm xuất phát, đáy, đỉnh đồi	3
Tính được tỉ lệ cơ năng bị mất, thuyết trình rõ ràng, trả lời được câu hỏi	2

💡 Thử thách thêm: Làm một vòng xoắn (vòng lộn) trên đường đua. Bi phải được thả từ độ cao lớn hơn khá nhiều so với đỉnh vòng thì mới chạy hết vòng – em hãy tìm độ cao nhỏ nhất bằng thực nghiệm.