Trước hết, chúng ta sẽ đi phân tích từng phát biểu một theo đúng tinh thần học tập nghiêm túc, bám sát sách giáo khoa Vật lý lớp 10.

Phát biểu A: “Công của lực cản là công do lực cản chuyển động của vật sinh ra.”

Để xem phát biểu này đúng hay sai, chúng ta cần nhớ lại khái niệm về công của một lực. Theo sách giáo khoa Vật lý lớp 10, công của một lực \(F\) tác dụng lên một vật thực hiện một sự dịch chuyển \(d\) theo phương của lực được tính bằng công thức:

\(A = F \cdot d \cdot \cos{\alpha}\)

trong đó \( \alpha \) là góc giữa phương của lực và phương của dịch chuyển.

Lực cản là một loại lực xuất hiện khi vật chuyển động trong môi trường, nó luôn có xu hướng chống lại chuyển động của vật. Do đó, lực cản luôn ngược chiều với hướng dịch chuyển. Khi đó, góc \( \alpha \) giữa lực cản và hướng dịch chuyển là 180 độ, và \( \cos{180^\circ} = -1 \).

Vì vậy, công của lực cản sẽ là một đại lượng âm. Phát biểu A nói rằng công của lực cản là công do lực cản chuyển động của vật sinh ra. Điều này là đúng về bản chất, lực cản chính là nguyên nhân sinh ra công đó. Công này thường làm tiêu hao năng lượng của vật, ví dụ như biến thành nhiệt năng.

Do đó, phát biểu A là đúng.

Phát biểu B: “Những lực có phương vuông góc với hướng dịch chuyển của vật thì không sinh công.”

Chúng ta lại quay trở lại công thức tính công: \(A = F \cdot d \cdot \cos{\alpha}\).

Trong trường hợp này, phương của lực vuông góc với hướng dịch chuyển. Điều này có nghĩa là góc \( \alpha \) giữa lực và dịch chuyển là 90 độ. Ta biết rằng \( \cos{90^\circ} = 0 \).

Thay vào công thức tính công, ta có:

\(A = F \cdot d \cdot \cos{90^\circ} = F \cdot d \cdot 0 = 0\)

Như vậy, khi phương của lực vuông góc với hướng dịch chuyển, công sinh ra bởi lực đó bằng không. Phát biểu B hoàn toàn phù hợp với định nghĩa và công thức này.

Do đó, phát biểu B là đúng.

Phát biểu C: “Khi một vật chuyển động tròn đều, lực hướng tâm không sinh công.”

Chúng ta đã biết rằng trong chuyển động tròn đều, vật luôn có một lực tác dụng vào nó có hướng vào tâm của đường tròn. Lực này được gọi là lực hướng tâm.

Trong chuyển động tròn đều, phương của lực hướng tâm luôn hướng vào tâm của đường tròn. Còn phương của vận tốc, hay nói cách khác là phương của hướng dịch chuyển tức thời của vật, luôn tiếp tuyến với đường tròn tại điểm đó.

Quan sát hình vẽ hoặc tưởng tượng chuyển động của vật trên một đường tròn, chúng ta sẽ thấy rằng lực hướng tâm luôn vuông góc với phương của vận tốc (hướng dịch chuyển tức thời) tại mọi điểm trên quỹ đạo.

Áp dụng công thức tính công \(A = F \cdot d \cdot \cos{\alpha}\), với lực ở đây là lực hướng tâm và \(d\) là độ dịch chuyển tức thời. Vì lực hướng tâm vuông góc với hướng dịch chuyển, nên góc \( \alpha = 90^\circ \).

Do đó, công của lực hướng tâm là:

\(A_{ht} = F_{ht} \cdot d \cdot \cos{90^\circ} = F_{ht} \cdot d \cdot 0 = 0\)

Vì vậy, lực hướng tâm không sinh công khi vật chuyển động tròn đều. Phát biểu C là đúng.

Phát biểu D: “Khi một vật chuyển động có gia tốc, hợp lực tác dụng lên vật sinh công dương.”

Chúng ta biết rằng theo Định luật II Newton, hợp lực tác dụng lên một vật gây ra gia tốc cho vật đó:

\( \vec{F}_{hợp lực} = m \cdot \vec{a} \)

Nếu vật chuyển động có gia tốc \( \vec{a} \), điều đó có nghĩa là vận tốc của vật đang thay đổi.

Công của hợp lực tác dụng lên vật là \( A_{hợp lực} = F_{hợp lực} \cdot d \cdot \cos{\alpha} \), trong đó \( \alpha \) là góc giữa hợp lực và hướng dịch chuyển \( \vec{d} \).

Để hợp lực sinh công dương, ta cần \( F_{hợp lực} \cdot d \cdot \cos{\alpha} > 0 \). Vì \(F_{hợp lực}\) và \(d\) luôn dương (trừ trường hợp vật đứng yên hoặc không dịch chuyển), điều kiện để công dương là \( \cos{\alpha} > 0 \). Điều này xảy ra khi góc \( \alpha \) nhỏ hơn 90 độ, tức là hợp lực có xu hướng làm tăng độ lớn vận tốc của vật.

Tuy nhiên, đề bài nói rằng “Khi một vật chuyển động có gia tốc, hợp lực tác dụng lên vật sinh công dương”. Điều này không phải lúc nào cũng đúng.

Hãy xét trường hợp sau: Một vật đang chuyển động với vận tốc ban đầu. Sau đó, có một hợp lực tác dụng lên vật. Nếu hợp lực này có xu hướng làm chậm vật lại, thì vật sẽ có gia tốc âm (gia tốc ngược chiều với vận tốc ban đầu). Trong trường hợp này, góc giữa hợp lực và hướng dịch chuyển sẽ lớn hơn 90 độ, và \( \cos{\alpha} < 0 \). Khi đó, hợp lực sẽ sinh công âm, mặc dù vật vẫn đang chuyển động và có gia tốc. Ví dụ: Một chiếc xe đang chạy tới, và người lái đạp phanh. Lực phanh (là một thành phần của hợp lực) có xu hướng làm chậm xe lại. Xe vẫn đang chuyển động (có dịch chuyển) nhưng vận tốc giảm dần (gia tốc âm). Lực phanh lúc này sinh công âm. Do đó, không phải lúc nào vật chuyển động có gia tốc thì hợp lực tác dụng lên vật cũng sinh công dương. Vì vậy, phát biểu D là sai. Qua quá trình phân tích từng phát biểu, chúng ta đã xác định được phát biểu sai là D. Đáp án đúng là D. Chúc các em học tốt!