Lý thuyết Động năng, thế năng (Kết nối tri thức 2024) Vật lí 10

I. Động năng

1. Khái niệm động năng

- Động năng là năng lượng mà vật có được do chuyển động.

- Vật đang chuyển động là vật có khả năng thực hiện công. Những vật đó mang năng lượng dưới dạng động năng.

Ví dụ:

Quả bóng đang chuyển động – có động năng

Hố lõm do thiên thạch gây ra khi va vào Trái đất

Động năng của máy bay đang bay trên bầu trời

- Một vật có khối lượng m đang chuyển động với tốc độ v thì động năng là

${\mathrm{W}}_{\mathrm{d}}=\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2$

- Trong hệ đơn vị SI, đơn vị động năng là jun (J)

2. Liên hệ giữa động năng và công của lực

Xét một vật khối lượng m chuyển động thẳng biến đổi đều với gia tốc a từ trạng thái đứng yên dưới tác dụng của lực không đổi F. Sau khi đi được quãng đường s, vật đạt vận tốc v thì ${\mathrm{v}}^2\text{ = 2.a.s}$

Thay $\text{a = }\frac{\text{F}}{\text{m}}$ ta được ${\mathrm{v}}^2\text{ = 2.}\frac{\text{F}}{\text{m}}\text{.s }\iff \frac{1}{2}\mathrm{m}.{\mathrm{v}}^2=\text{F.s}\Rightarrow {\text{W}}_{\text{d}}=\text{A}$

Nếu ban đầu vật đứng yên thì động năng của vật có giá trị bằng công của lực tác dụng lên vật.

II. Thế năng

1. Khái niệm thế năng trọng trường

- Một vật ở độ cao h so với mặt đất thì vật đó lưu trữ năng lượng dưới dạng thế năng. Thế năng này liên quan đến trọng lực nên gọi là thế năng trọng trường.

- Thế năng trọng trường được xác định bởi công thức

${\text{W}}_{\text{t}}\text{= P.h = m.g.h}$

- Đơn vị của thế năng là jun (J).

- Thế năng của vật trong trọng trường phụ thuộc và khối lượng và độ cao của vật

- Độ cao h phụ thuộc vào vị trí được chọn làm mốc thế năng nên cũng phụ thuộc vào vị trí được chọn làm mốc. Thông thường, mốc thế năng được chọn là mặt đất.

- Trong trọng trường, hiệu thế năng giữa hai điểm chỉ phụ thuộc vào chênh lệch độ cao theo phương thẳng đứng, không phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai điểm.

2. Liên hệ giữa thế năng và công của lực thế

- Khi đưa một vật có khối lượng m từ mặt đất lên một độ cao h, ta tác dụng vào vật một lực nâng F có độ lớn tối thiểu bằng trọng lượng P của vật.

- Công mà lực nâng F thực hiện là ${\text{A = F.s = P.h = m.g.h = W}}_{\text{t}}$

- Vậy thế năng của vật ở độ cao h có độ lớn bằng công của lực dùng để nâng đều vật lên độ cao này. Công trong trường hợp này là công của lực thế, nó không phụ thuộc vào quãng đường đi được mà chỉ phụ thuộc vào sự chênh lệch độ cao của vị trí đầu và vị trí cuối.