Lý thuyết Năng lượng. Công cơ học (Kết nối tri thức 2024) Vật lí 10

I. Năng lượng

- Mọi hiện tượng xảy ra trong tự nhiên đều cần có năng lượng dưới các dạng khác nhau: cơ năng, hóa năng, nhiệt năng, điện năng, năng lượng ánh sáng, năng lượng âm thanh…

- Năng lượng có thể chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác.

- Năng lượng không tự sinh ra hoặc tự mất đi mà chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác.

Sơ đồ thí nghiệm minh họa định luật bảo toàn năng lượng

Thí nghiệm cho thấy cơ năng của vật giảm đi bao nhiêu thì nhiệt năng của nước tăng lên bấy nhiêu. Điều đó chứng tỏ, trong quá trình truyền năng lượng từ vật này sang vật khác, chuyển hóa năng lượng từ dạng này dạng khác, năng lượng luôn được bảo toàn.

II. Công cơ học

1. Thực hiện công

- Năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác. Việc truyền năng lượng cho vật bằng cách tác dụng lực lên vật làm thay đổi trạng thái chuyển động được gọi là thực hiện công cơ học (gọi tắt là thực hiện công).

Ví dụ 1: Khi ta đẩy cuốn sách, ta thực hiện công làm nó chuyển từ trạng thái đứng yên sang trạng thái chuyển động nhanh dần. Động năng của sách tăng là do sách nhận được năng lượng từ tay ta truyền sang.

Ví dụ 2: Gió là các luồng không khí di chuyển. Khi gặp các máy phát điện gió, động năng gió thực hiện công làm cánh quạt quay.

2. Công thức tính công

a. Khi lực không đổi và cùng hướng với chuyển động

Khi lực cùng hướng với chuyển động thì độ dịch chuyển $\overrightarrow{\mathrm{d}}$ có độ lớn bằng quãng đường đi được s, nên công thức tính công là $\text{A = F.d}$

b. Khi lực không đổi và không cùng phương với chuyển động

$\text{A }=\mathrm{F}.\mathrm{s}.\text{cos}\mathrm{\alpha }$

Tùy thuộc vào góc $\text{α}$ mà công của lực có thể xảy ra các trường hợp sau:

+ $\text{0 }\le \mathrm{\alpha }<{90}^{\mathrm{o}}$: Thành phần${\text{ F}}_{\text{s}}$ của $\overrightarrow{\mathrm{F}}$ lên phương chuyển động cùng chiều với chiều chuyển động. Công của lực được gọi là công phát động $\text{(A > 0)}$

+ $\mathrm{\alpha }={90}^{\mathrm{o}}$: lực vuông góc với phương chuyển động, khi đó lực không sinh công $\text{(A = 0)}$

+ ${90}^{\mathrm{o}}<\mathrm{\alpha }\le {180}^{\mathrm{o}}$: Thành phần${\text{ F}}_{\text{s}}$ của $\overrightarrow{\mathrm{F}}$ lên phương chuyển động ngược chiều với chiều chuyển động, lực làm cản trở chuyển động của vật. Công của lực được gọi là công cản $\text{(A < 0)}$

3. Bài tập ví dụ

Khi rửa gầm xe ô tô, người ta thường sử dụng máy nâng để nâng ô tô lên độ cao $\text{h = 160cm}$ so với mặt sàn. Cho biết khối lượng ô tô là $\text{m = 1,5}$ tấn và gia tốc trọng trường ${\text{g = 10m/s}}^2$. Tính công tối thiểu mà máy nâng đã thực hiện.

Hướng dẫn

Để nâng được ô tô lên thì máy nâng phải tác dụng vào ô tô lực tối thiểu

${\text{F}}_{\text{min}}{\text{= P = m.g = 1,5.10}}^{\text{3}}{\text{.10 = 1,5.10}}^{\text{4}}\text{N}$

Công tối thiểu mà máy nâng đã thực hiện là

${\text{A = P.h = 1,5.10}}^{\text{4}}\text{.1,6 = 24000J = 24kJ}$

B. Trắc nghiệm Năng lượng. Công cơ học