Chương IV: Công cơ học là gì? công suất, năng lượng
Chương IV: Động năng là gì? Định lý động năng
Công cơ học (công) của một lực ⃗FF→ là đại lượng vô hướng được xác định bằng tích độ lớn của lực tác dụng theo phương chuyển dời với độ dời của điểm đặt lực.
1/ khái niệm năng lượng:
Năng lượng là dạng vật chất đặc biệt gắn liền với mọi vật. Năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc từ vật này sang vật khác.
năng lượng giải phóng ra từ một vụ nổ hạt nhân bao gồm rất nhiều dạng năng lượng: nhiệt năng, cơ năng, quang năng, phóng xạ …
Chương IV: Công cơ học là gì? công suất, năng lượng
2/ Công cơ học:
Biểu thức công được nhà toán học người Pháp Gaspard-Gustave đưa ra năm 1826.
Trong hệ đơn vị SI công có đơn vị là Jun (J) là đơn vị chung của các dạng năng lượng, từ biểu thức (1) => 1J=1N.1m => 1J là năng lượng sinh ra khi một lực có độ lớn 1N làm vật dịch chuyển được quãng đường 1m theo phương của lực tác dụng.
3/ Ví dụ về công cơ học:
Ví dụ 1: Một người đẩy vật khối lượng 5kg trượt trên mặt phẳng nghiêng dài 5m hợp với phương ngang một góc 300 bằng một lực có độ lớn không đổi là 50N. Tính công cơ học của tất cả các lực tác dụng vào vật, biết hệ số ma sát của mặt phẳng nghiêng là 0,1. Lấy g=10m/s2.
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật.
Vật chịu tác dụng của lực đẩy ⃗FF→, trọng lực ⃗PP→, phản lực ⃗NN→ và lực ma sát →FmsFms→
- N=P2=Pcosα=mg.sinα=5.10.cos300=25√3 N
- P1=Pcosα=mg.sinα=5.10.sin300=25N
- Fms=µ.N=0,1.25√3=2,5√3 (N)
- AN=N.s.cos900=0
- AP=P1.s.cos1800=-75 (J)
- AFms=Fms.s.cos1800=-12,5√3 (J)
- AF=F.s.cos00=250 (J)
Ví dụ 2: một người đẩy tạ nặng 80kg chuyển động trên quãng đường 50cm. Tính công cơ học của người đó, coi chuyển động đi lên của tạ là thẳng đều. Lấy g=10m/s2.
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của tạ ta có
- Theo phương Oy: AF=F.s.cos00=mg.s=80.10.0,5=400 (J)
- Theo phương Ox: AF=F.s.cos900=0 (J)
Khi học về công cơ học cần phân biệt rõ khái niệm công cơ học (công của lực) với khái niệm công sức. Công cơ học được định nghĩa bằng biểu thức toán học vì vậy nó phụ thuộc vào các giá trị xuất hiện trong biểu thức toán nên trong các hệ qui chiếu khác nhau công cơ học có thể âm, dương hoặc bằng không. Công sức được hiểu là phần năng lượng đã tiêu hao khi làm một việc gì đó, phần năng lượng này luôn dương.
4/ Công của các lực biến đổi:
Trong trường hợp lực tác dụng vào vật biến đổi để tính công người ta sử dụng các phép toán vi phân, tuy nhiên chương trình vật lý lớp 10 phổ thông ta tạm không đề cập đến.
5/ Công suất:
Một người bê một chiếc hộp từ mặt đất lên độ cao 20m mất 20phút, cũng chiếc hộp đó cần cẩu chỉ mất 2 phút. Nếu coi chuyển động đi lên của chiếc hộp là thẳng đều ta nhận thấy công cơ học để thực hiện dịch chuyển chiếc hộp lên cao là như nhau (vì chiếc hộp có khối lượng bằng nhau và quãng đường dịch chuyển giống nhau trong hai trường hợp) chỉ có thời gian để thực hiện công là khác nhau => từ đó người ta xây dựng khái niệm công suất.
Đơn vị của công suất là W (Watt lấy tên theo nhà vật lý học James Watt người đã cải tiến thành công động cơ hơi nước nâng cao hiệu suất làm việc của nó lên gấp nhiều lần)
Ngoài đơn vị là W công suất còn được đo bằng đơn vị mã lực (HP viết tắt của horsepower)
6/Hiệu suất