Câu hỏi: Cơ năng là gì? Công thức tính cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng
Lời giải:
- Cơ năng là khái niệm được dùng để chỉ khả năng sản sinh công của một vật. Khi vật có khả năng sinh ra công càng lớn thì cơ năng của vật đó càng lớn.Cơ năng là một đại lượng được tính bằng đơn vị Jun, có ký hiệu là: J.
Công thức tính cơ năng:
+ Nếu cơ năng chịu tác dụng của trọng lực
+ Nếu cơ năng đó chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi:
W = Wđ + Wt = ½ mv2 + mgz
Cùng Top lời giải tìm hiểu chi tiết về cơ năng nhé!
Khái niệm cơ năng là gì?
- Cơ năng là 1 đại lượng vật lý thể hiện khả năng thực hiện công cơ học của một vật. Ta nói một vật có cơ năng là khi vật đó có khả năng thực hiện công cơ học, chứ không cần vật đã thực hiện công. Nếu vật có tiềm năng thực hiện công càng lớn thì cơ năng của vật càng lớn. Cơ năng của vật được ký hiệu là W và được tính bằng đơn vị Jun (J).
Ví dụ: Một vật nặng đang đứng yên ở độ cao h so với mặt đất, tức là nó không thực hiện công. Nhưng vì nó có khả năng thực hiện công (khi được thả hay ném) nên vật đó vẫn có cơ năng.
Cơ năng là gì?
Cơ năng có 2 dạng chính là động năng và thế năng. Trong đó:
- Cơ năng của vật khi ở một độ cao nhất định gọi là thế năng. Cơ năng của vật ở độ cao so với mặt đất hoặc so với một vị trí được chọn làm mốc, gọi là thế năng hấp dẫn. Thế năng hấp dẫn bằng 0 khi vật nằm trên mặt đất. Vật có khối lượng càng lớn và ở vị trí càng cao thì thế năng hấp dẫn càng lớn. Trong khi đó, thế năng đàn hồi là cơ năng của vật phụ thuộc vào độ biến dạng của lò xo.
- Cơ năng của vật do chuyển động tạo ra gọi là động năng. Vật có khối lượng càng nặng và chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn. Nếu vật đứng yên thì động năng bằng 0.
Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường
-Trọng trường là không gian trong đó các vật chịu sức hút của Trái Đất (trọng lực). Khi một vật chuyển động trong trọng trường, cơ năng của một vật bằng tổng thế năng và động năng của vật đó.
-Trọng trường là trường hấp dẫn xung quanh Trái Đất
Ta có công thức tính cơ năng:
W = Wđ + Wt = 1/2mv2 + mgz.
-Khi một vật chuyển động trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực (không có tác dụng của lực cản, lực ma sát…) thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn.
W = Wđ + Wt = const hay1/2mv2 + mgz = const.
Hệ quả
Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường biến thiên theo quy luật sau:
-Nếu động năng giảm thì thế năng tăng (lúc này, động năng chuyển hóa thành thế năng) và ngược lại.
-Tại một vị trí nhất định, động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại.
Cơ năng của một vật khi chịu tác động của lực đàn hồi
-Lực đàn hồi được gây bởi sự biến dạng của một lò xo. Khi một vật chỉ chịu tác dụng của lực này (không có tác dụng của lực cản, lực ma sát…), thì trong quá trình chuyển động, cơ năng của vật bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi là đại lượng bảo toàn.
Cơ năng chịu tác động của lực đàn hồi
Ta có công thức cơ năng như sau:
W = 1/2mv2 + 1/2k(∆l)2 = const.
Một số dạng bài tập tiêu biểu về cơ năng
-Cơ năng của con lắc lò xo trong dao động điều hòa rất hay xuất hiện trong các kỳ thi Đại học và Cao Đẳng. Các bạn cần nắm chắc những kiến thức lý thuyết này và lưu ý về chu kỳ, tần số của động năng.
Bài 1:Một con lắc lò xo bất kỳ có độ cứng k=100N/m dao động điều hòa với phương trình: x=Acos(wt +𝞿). Biểu thức của thế năng là Et=0,1cos(4𝛑t +𝛑/2) + 0,1 J. Vậy phương trình li độ là gì?
- Giải: x = 2 căn 10 cos (2𝛑t +𝛑/4) cm.
Bài 2:Cơ năng của con lắc đơn có độ dài ký hiệu là l, vật có khối lượng ký hiệu là m chuyển động ở nơi có gia tốc là g. Khi ấy, dao động bé cùng với biên độ của góc α0 sẽ được xác định bằng công thức nào sau đây?
- Giải: W =1/2mgl02
Bài 3:Một con lắc đơn có sợi dây với chiều dài l = 1 m, vật nặng có trọng lượng m = 0,2 kg. Ta thực hiện kéo vật nặng lệch ra khỏi vị trí cân bằng để cho phương của sợi dây có thể tạo với phương thẳng đứng đúng một góc bằng 60 độ rồi thả nhẹ tay. Bỏ qua lực cản của không khí nên ta sẽ lấy g = 10m/s2. Chọn mốc cụ thể để tính thế năng tại vị trí cân bằng của con lắc. Tính cơ năng của vật thể đó tại vị trí thả vật cùng với vận tốc của vật khi đi qua vị trí cân bằng.
Chuyển động của con lắc đơnBài giải: Bỏ qua các yếu tố lực cản của không khí thì cơ năng sẽ được áp dụng định luật bảo toàn.
Chọn mốc thế năng bất kỳ ở 1 vị trí cân bằng (tại O).
=> WA = WtA+ WđA= WtA(DOVA = 0)
=mghA= 0,2 x 10 (CO – CH)
= 2 x(l – l xcosα) = 2 x (1 – l xcos60) = 1 (J)
Khi đó, WO = 1= WA(J)
WđO = 1 (DoWto = 0)
⇔ 1/2mv02= 1
⇔ Vo = 10 (m/s)
Hiểu một cách đơn giản thì khi một vật có khả năng thực hiện công cơ học,ta nói vật đó có cơ năng.[1]
Hiểu một cách rõ ràng và chính xác hơn thì trong vật lý học, cơ năng là tổng của động năng và thế năng. Nó là năng lượng kết hợp của chuyển động và vị trí của vật thể. Định luật bảo toàn cơ năng nói rõ, trong một hệ kín thì cơ năng không đổi.
Năng lượng là một đại lượng vô hướng và cơ năng của một hệ là tổng của thế năng (được tính bằng vị trí tương đối của các thành phần của hệ) và động năng:[2][3]
W = W t + W đ {\displaystyle W=W_{t}+W_{\text{đ}}}Thế năng, W t {\displaystyle W_{t}} , phụ thuộc vào vị trí của vật phải chịu một lực bảo toàn. Nó được định nghĩa là khả năng sinh công cơ học của một vật và nó tăng lên khi vật bị di chuyển theo hướng ngược với hướng của lực tác dụng.[nb 1][2] Nếu F là lực bảo toàn và x là vị trí, thì thế năng của lực giữa 2 vị trí x1 và x2 được định nghĩa là giá trị âm của tích phân của F từ x1 đến x2:[5]
W t = − ∫ x 1 x 2 F → ⋅ d x → {\displaystyle W_{t}=-\int \limits _{x_{1}}^{x_{2}}{\vec {F}}\cdot d{\vec {x}}}Động năng, W đ {\displaystyle W_{\text{đ}}} , phụ thuộc vào vận tốc của vật và là khả năng sinh công của vật đang chuyển động khi nó va chạm vào một vật khác.[nb 2][9] Nó được định nghĩa là một nửa của tích giữa khối lượng vật và bình phương vận tốc của vật.:[2][10]
W đ = 1 2 m v 2 {\displaystyle W_{\text{đ}}={1 \over 2}mv^{2}}Định luật bảo toàn cơ năng phát biểu rằng, nếu một vật hoặc hệ vật chỉ chịu những lực bảo toàn, thì cơ năng của vật hoặc hệ vật ấy không đổi.[11] Sự khác nhau giữa lực bảo toàn và lực không bảo toàn là khi một lực bảo toàn di chuyển một vật thể từ vị trí này sang vị trí khác, công sinh ra bởi lực bảo toàn không phụ thuộc vào quãng đường di chuyển. Ngược lại, khi một lực không bảo toàn tác động lên 1 vật thể, công sinh ra bởi lực không bảo toàn phụ thuộc vào quãng đường di chuyển.[12][13]
- ^ It is important to note that when measuring mechanical energy, an object is considered as a whole, as it is stated by Isaac Newton in his Principia: "The motion of a whole is the same as the sum of the motions of the parts; that is, the change in position of its parts from their places, and thus the place of a whole is the same as the sum of the places of the parts and therefore is internal and in the whole body."[4]
- ^ In physics, speed is a scalar quantity and velocity is a vector. In other words, velocity is speed with a direction and can therefore change without changing the speed of the object since speed is the numerical magnitude of a velocity.[6][7][8]
- ^ Sách giáo khoa vật lý 8. Nhà Xuất Bản Giáo Dục Việt Nam. Tháng 1 năm 2021. tr. 55. ISBN 978-604-0-23485-8.
- ^ a b c Wilczek, Frank (2008). “Conservation laws (physics)”. AccessScience. McGraw-Hill Companies. Bản gốc lưu trữ ngày 19 tháng 7 năm 2013. Truy cập ngày 26 tháng 8 năm 2011.
- ^ “mechanical energy”. The New Encyclopædia Britannica: Micropædia: Ready Reference. 7 (ấn bản 15). 2003. |ngày truy cập= cần |url= (trợ giúp)
- ^ Newton 1999, tr. 409
- ^ “Potential Energy”. Texas A&M University–Kingsville. Bản gốc lưu trữ ngày 14 tháng 4 năm 2012. Truy cập ngày 25 tháng 8 năm 2011.
- ^ Brodie 1998, tr. 129–131Lỗi harv: không có mục tiêu: CITEREFBrodie1998 (trợ giúp)
- ^ Rusk, Rogers D. (2008). “Speed”. AccessScience. McGraw-Hill Companies. Bản gốc lưu trữ ngày 19 tháng 7 năm 2013. Truy cập ngày 28 tháng 8 năm 2011.
- ^ Rusk, Rogers D. (2008). “Velocity”. AccessScience. McGraw-Hill Companies. Bản gốc lưu trữ ngày 19 tháng 7 năm 2013. Truy cập ngày 28 tháng 8 năm 2011.
- ^ Brodie 1998, tr. 101Lỗi harv: không có mục tiêu: CITEREFBrodie1998 (trợ giúp)
- ^ Jain 2009, tr. 9
- ^ Jain 2009, tr. 12
- ^ Department of Physics. “Review D: Potential Energy and the Conservation of Mechanical Energy” (PDF). Massachusetts Institute of Technology. Truy cập ngày 3 tháng 8 năm 2011.
- ^ Resnick, Robert and Halliday, David (1966), Physics, Section 8-3 (Vol I and II, Combined edition), Wiley International Edition, Library of Congress Catalog Card No. 66-11527
- Brodie, David; Brown, Wendy; Heslop, Nigel; Ireson, Gren; Williams, Peter (1998). Physics. Addison Wesley Longman Limited. ISBN 978-0-582-28736-5. Đã bỏ qua tham số không rõ |editors= (gợi ý |editor=) (trợ giúp); |ngày truy cập= cần |url= (trợ giúp)
- Jain, Mahesh C. (2009). Textbook of Engineering Physics, Part I. New Delhi: PHI Learning Pvt. Ltd. ISBN 978-81-203-3862-3. Truy cập ngày 25 tháng 8 năm 2011.
- Newton, Isaac (1999). The Principia: mathematical principles of natural philosophy. United States of America: University of California Press. ISBN 978-0-520-08816-0. Truy cập ngày 24 tháng 8 năm 2011. Đã bỏ qua tham số không rõ |editors= (gợi ý |editor=) (trợ giúp)
Bài viết về chủ đề vật lý này vẫn còn sơ khai. Bạn có thể giúp Wikipedia mở rộng nội dung để bài được hoàn chỉnh hơn.
|
Lấy từ “//vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Cơ_năng&oldid=68298697”