CÔNG VÀ CÔNG SUẤT - ĐỘNG NĂNG - THẾ NĂNG - CƠ NĂNG
CHỦ ĐỀ: NĂNG LƯỢNG
VD: Trong trường hợp nào sau đây ta nói : “Có công cơ học” ?
Công thành danh toại
Ngày công của một lái xe là 100000 đồng
Con ngựa đang kéo xe thực hiện công
A. CÔNG VÀ CÔNG SUẤT
I. CÔNG
Khái niệm về công
- Một lực sinh công khi nó tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực chuyển dời.
- Khi điểm đặt của lực chuyển dời một đoạn s theo hướng của lực thì công do lực sinh ra là:
A = F. s
2. Định nghĩa công trong trường hợp tổng quát
Xét 1 máy kéo, kéo 1 khúc gỗ trượt trên đường bằng 1 sợi dây căng.
o
y
x
2. Định nghĩa công trong trường hợp tổng quát
=>A = A1 + A2
A1 = F1.0 = 0
A2 = F2.MN = F2.s
2. Định nghĩa công trong trường hợp tổng quát
(công cản)
(công phát động)
3. Biện luận:
Mét (m)
Jun (J)
4. Đơn vị
Jun là công do lực có độ lớn là 1N thực hiện khi điểm đặt của lực chuyển dời 1m theo hướng của lực (α = 0).
Niuton (N)
1N.1m = 1J
5. Chú ý
A = F.s và A = F.s.cosα chỉ đúng khi điểm đặt của lực chuyển dời thẳng và lực không đổi trong quá trình chuyển dời.
Các công thức tính công :
6. Vận dụng
Một người kéo một hòm gỗ khối lượng 80kg trượt trên sàn nhà bằng một dây có phương hợp góc so với phương nằm ngang. Lực tác dụng lên dây bằng 150N. Tính công của lực đó khi lực trượt đi được 20m.
Áp dụng công thức: A = F.s.cosα
=150.20.cos30 =2595J
Công của hổ sinh ra bằng với công của báo, nhưng thời gian sinh công của chúng khác khác nhau.
Quan sát, so sánh công và thời gian sinh công của của hai con vật ?
Start
II. CÔNG SUẤT
1. Khái niệm công suất
Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian
2. Đơn vị công suất
Jun (J)
Giây (s)
J/s(W)
1 W = 1 J/s
1 kW = 1000 W
1MW = 106 W
II. CÔNG SUẤT
2. Đơn vị công suất
Công suất của động cơ còn được tính bằng đơn vị mã lực. Mã lực là công suất xấp xỉ bằng công suất một con ngựa:
Ở Pháp: 1 mã lực = 1CV = 736W
Ở Anh: 1 mã lực = 1HP = 746W
* Chú ý:
- Khái niệm công suất cũng được mở rộng cho các nguồn phát năng lượng không phải dưới dạng sinh công cơ học.
Ví dụ: động cơ, đèn, trạm phát sóng…
- Cũng định nghĩa công suất tiêu thụ của một thiết bị
tiêu thụ nămg lượng bằng năng lượng tiêu thụ của
thiết bị đó trong một đơn vị thời gian: 1kWh = 3600 kJ
I. KHÁI NIỆM ĐỘNG NĂNG
1. Năng lượng
- Mọi vật xung quanh ta đều mang năng lượng.
- Quá trình trao đổi năng lượng diễn ra dưới 3 dang:
Thực hiện công
Truyền nhiệt
Phát ra các tia nhiệt
- Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng
thực hiện công của vật hoặc hệ vật.
B. ĐỘNG NĂNG
Máy kéo
Thực hiện công
Cần cẩu
Thực hiện công
Lò nung
Truyền nhiệt
Mặt trời
Phát ra các tia nhiệt
Lũ quét
Thực hiện công
2. Động năng
Ta xét các ví dụ sau đây
Khi một vật có động năng thì vật đó có thể tác dụng lực lên vật khác và lực này sinh công.
2. Động năng
Động năng là năng lượng mà vật có được khi nó đang chuyển động.
II. CÔNG THỨC TÍNH ĐỘNG NĂNG
1. Công thức
m : Khối lượng ( kg )
v : vận tốc ( m/s )
: động năng ( J )
- Động năng của vật là một đại lượng vô hướng và luôn luôn dương.
- Động năng có tính tương đối.
* Chú ý:
- Động năng phụ thuộc vào 2 yếu tố: Khối lượng (m) và vận tốc (v).
2. Bài toán tính động năng của một vật
Bước 1: Đổi đơn vị nếu cần.
Bước 2: Tính khối lượng của vật
Bước 3: Tính vận tốc của vật
Bước 4: Thế m và v vào công thức động năng.
Ví dụ: Một viên đạn khối lượng 10g bay ra từ nòng súng với vận tốc 600 m/s và một vận động viên khối lượng 58 kg chạy với vận tốc 8 m/s. Hãy xác định động năng của viên đạn và của vận động viên?
Động năng của đạn:
Động năng của vận động viên:
Giải
1
2
s
Từ
III. Định lý biến thiên động năng
Định lí: Độ biến thiên động năng của một vật bằng công của ngoại lực tác dụng lên vật.
A > 0: động năng tăng
A < 0: động năng giảm
1. Định lý
2. Bài toán sử dụng định lí động năng tính công của ngoại lực
Bước 1: Đổi đơn vị nếu cần.
Bước 2: Tính động năng tại vị trí ban đầu.
Bước 3: Tính động năng tại vị trí sau của vật
Bước 4: Thế vào công thức của định lí động năng để tính công của ngoại lực.
Ví dụ: Tính công của lực hãm cần thực hiện để làm một xe có khối lượng m = 1tấn giảm vận tốc 108 km/h xuống đến 36 km /h ?
Áp dụng định lý biến thiên động năng:
Giải
Hãy quan sát và cho nhận xét!
Z
Vật nặng được đưa lên một độ cao Z, vật có mang năng lượng không? Vì sao?
Hãy quan sát và cho nhận xét!
Một lò xo đang bị nén, lò xo có mang năng lượng không? Vì sao?
I. THẾ NĂNG TRỌNG TRƯỜNG
1. Trọng trường
- Trọng trường tồn tại xung quanh trái đất, tác dụng trọng lực lên các vật có khối lượng m đặt trong trọng trường.
- Trọng lực:
C. THẾ NĂNG
Gọi là gia tốc trọng trường
a, Định nghĩa:
Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng có được do tương tác giữa Trái Đất và vật; phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.
Z
Z
So sánh thế năng của vật ở hai vị trí?
2. Thế năng trọng trường. (hay thế năng hấp dẫn)
Z
b, Biểu thức thế năng trọng trường
Wt = mgz
z:
Độ cao của vật so với gốc thế năng.
m:
g:
Khối lượng của vật.
Gia tốc trọng trường.
O
2. Thế năng trọng trường. (hay thế năng hấp dẫn)
* Chú ý: Thường chọn mốc (hay gốc) thế năng tại mặt đất và chiều dương của z hướng lên.
3. Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực (Đọc thêm)
Vật từ vị trí M đến vị trí N: AP(MN) = Wt(M) - Wt(N)
* Kết luận: Khi một vật di chuyển trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N thì công của trọng lực của vật có giá trị bằng hiệu thế năng trọng trường tại M và tại N.
- Khi vật giảm độ cao, thế năng của vật giảm thì trọng lực sinh công dương;
- Khi vật tăng độ cao, thế năng của vật tăng thì trọng lực sinh công âm.
I. THẾ NĂNG TRỌNG TRƯỜNG
4. Vận dụng
VD1: Chọn gốc thế năng là mặt đất, thế năng của vật nặng 2kg ở dưới đáy 1 giếng sâu 10m, g = 10m/s2 là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
Wt = mgz = -200J
VD2: Người ta tung quả cầu m = 250g từ độ cao 1,5m so với mặt đất. Hỏi khi vật đạt v = 23km/h thì vật đang ở độ cao bao nhiêu so với mặt đất. Chọn vị trí được tung làm gốc thế năng, g = 10m/s2.
Hướng dẫn giải:
A = ½ mv2= 5,12J
h = h0 +z = 3,548m
VD3: Một vật có m = 1,2kg đang ở độ cao 3,8m so với mặt đất. Thả cho rơi tự do, tìm công của trọng lực và vận tốc của vật khi vật rơi đến độ cao 1,5m.
Hướng dẫn giải:
A = mgz1 – mgz2 = 27J;
II- THẾ NĂNG ĐÀN HỒI.
1. Công của lực đàn hồi
Tổng quát: khi đưa lò xo từ vị trí bị biến dạng l1 về vị trí bị biến dạng l2 thì công của lực đàn hồi thực hiện được xác định bằng công thức:
Khi lò xo bị biến dạng một đoạn l thì công của lực đàn hồi khi vật chuyển động từ vị trí đó về vị trí cân bằng là:
Định nghĩa: Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi (khi bị biến dạng đàn hồi).
Biểu thức của thế năng đàn hồi: Chọn mốc thế năng tại vị trí lò xo không biến dạng. Thế năng đàn hồi khi vật bị biến dạng l được tính theo công thức:
I. Công của lực đàn ồi:
2. Thế năng đàn hồi
Wt: thế năng đàn hồi (J).
k: độ cứng của lò xo (N/m).
l : độ biến dạng của lò xo (m).
35
3. Liên hệ công của lực đàn hồi và thế năng đàn hồi
Công của lực đàn khi đưa lò xo từ vị trí bị biến dạng l1 về vị trí bị biến dạng l2 bằng hiệu thế năng đàn hồi của lò xo tại vị trí đầu và tại vị trí cuối.
Chú ý: Lực đàn hồi cũng là lực thế: công của lực đàn hồi không phụ thuộc hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí đầu và vị trí cuối.
Khi thác nước chảy từ trên cao xuống thì nó có những dạng năng lượng nào?
D. CƠ NĂNG
I. CƠ NĂNG CỦA MỘT VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRỌNG TRƯỜNG
Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường bằng tổng động năng và thế năng trọng trường của vật.
Kí hiệu: w là cơ năng của vật, đơn vị là J
1. Định nghĩa
Bài toán: Một vật m chuyển động trong trọng trường từ M (độ cao zM) đến N (độ cao zN). Biết vận tốc của vật tại M là v1 và tại N là v2. Tìm mối liên hệ giữa động năng và thế năng của vật trong quá trình vật chuyển động từ M đến N.
2. Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường
Mốc thế năng
AMN = Wt(M) - Wt(N) (1)
AMN = Wđ(N) - Wđ(M) (2)
Từ (1), (2) suy ra:
W(M) = W(N) (3)
2. Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường
Mốc thế năng
* Biểu thức:
W = Wđ + Wt = hằng số
2. Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường
* Nội dung định luật:
Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn
3. Hệ quả
- Nếu Wđ giảm thì Wt tăng (động năng chuyển hóa thành thế năng) và ngược lại.
- Tại vị trí nào động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại.
Ví dụ:
II. CƠ NĂNG CỦA MỘT VẬT CHỊU TÁC DỤNG CỦA LỰC ĐÀN HỒI
1. Định nghĩa
Cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật
Khi một vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi gây bởi sự biến dạng của một lò xo đàn hồi thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn.
* Biểu thức:
2. Sự bảo toàn cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi
* Nội dung định luật:
- Một vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của trọng lực và lực đàn hồi thì cơ năng của vật bảo toàn.
- Nếu vật còn chịu thêm tác dụng của lực cản, lực ma sát... thì cơ năng của vật không bảo toàn. Công của lực cản, lực ma sát... sẽ bằng độ biến thiên cơ năng.
3. Chú ý
nguon VI OLET
