Chuyên đề Vật Lý 8: Công Cơ Học Và Cơ Năng - Tech12h

A. TỔNG QUAN KIẾN THỨC VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

I. Tóm tắt kiến thức

1. Công cơ học

a, Định nghĩa

• Công cơ học là công của lực tác dụng vào vật và làm cho vật chuyển dời.
• Công thức tính công cơ học: A = F.s
• Trong đó: F là lực tác dụng lên vật (N)

s là quãng đường dịch chuyển của vật (m)

• Đơn vị hợp pháp của công cơ học là Jun ( kí hiệu J ) : 1J = 1N.1m = 1N.m

b, Định luật về công

• Không một máy cơ đơn giản nào cho lợi về công, được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.

c, Hiệu suất của máy

Trong thực tế, ở các máy cơ đơn giản bao giờ cũng có ma sát, do đó công thực hiện phải dùng để thắng được lực ma sát và nâng vật lên. Công này gọi là công toàn phần (Atp), công nâng vật lên là công có ích (Ai). Công để thắng lực ma sát là công hao phí (Ahp).

Atp = Ai + Ahp

• Hiệu suất của máy: H = $\frac{A_{i}}{A_{tp}}$.100%

2. Công suất

• Công suất là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh công, được xác định bằng công thực hiện được trong một đơn vị thời gian.
• Công thức: P = $\frac{A}{t}$
• Trong đó: A là công thực hiện được

t là thời gian thực hiện công đó

• Đơn vị công suất là Oát ( kí hiệu W )

1W = 1J/s (Jun trên giây)

1kW = 1000W ; 1MW = 1000000W.

3. Cơ năng

• Khi một vật có khả năng thực hiện công cơ học thì vật có cơ năng. Cơ năng của vật bao gồm động năng và thế năng.
• Thế năng hấp dẫn của một vật là một dạng cơ năng, phụ thuộc vào vị trí của vật đối với mặt đất.
• Thế năng đàn hồi của vật là một dạng cơ năng, phụ thuộc vào độ biến dạng đàn hồi của vật.
• Động năng của vật là dạng cơ năng do chuyển động mà có.

II. Phương pháp giải

1. Dạng 1: Tính công cơ học

• Áp dụng công thức: A = F.s
• Trong đó: F là lực tác dụng lên vật (N)

s là quãng đường dịch chuyển của vật (m)

* Chú ý:

• Công thức trên chỉ sử dụng khi hướng của lực trùng với hướng chuyển động của vật.
• Khi hướng của lực ngược với hướng chuyển động thì: A = -F.s
• Khi hướng của lực vuông góc với hướng chuyển động thì: A = 0

Ví dụ 1: Một đầu máy xe lửa kéo các toa xe bằng lực F = 6000N. Tính công của lực kéo khi các toa xe chuyển động được quãng đường s = 4km.

Hướng dẫn:

s = 4km = 4000m

Công của lực kéo: A = F.s = 6000.4000 = 24.10$^{6}$ (J)

2. Dạng 2: Tính công suất

• Áp dụng công thức: P = $\frac{A}{t}$
• Trong đó: A là công thực hiện được, t là thời gian thực hiện công đó.
• Lưu ý: Trong trường hợp đề bài cho lực đẩy trung bình và vận tốc chuyển động của vạt thì công suất được tính: P = $\frac{A}{t}$ = $\frac{F.s}{t}$ = F.v

Ví dụ 2: Một máy bay trực thăng khi cất cánh, động cơ tạo ra một lực chuyển động 6400N, sau 1 phút máy bay đạt được độ cao 800m. Tính công suất của động cơ máy bay.

Hướng dẫn:

1 phút = 60 s

Công của động cơ máy bay là:

A = F.s = 6400.800 = 512.10$^{4}$ (J)

Công suất của động cơ máy bay là:

P = $\frac{A}{t}$ = $\frac{512.10^{4}}{60}$ = 85333 (W)

3. Dạng 3: Vận dụng định luật bảo toàn công

• Ròng rọc cố định: Chỉ có tác dụng đổi hướng của lực, không lợi về lực cũng không lợi về đường đi, tức là không cho lợi về công.
• Ròng rọc động: Lợi 2 lần về lực, thiệt 2 lần về đường đi, không cho lợi về công.
• Mặt phẳng nghiêng: Lợi về lực, thiệt về đường đi, không cho lợi về công.
• Đòn bẩy: Lợi về lực, thiệt về đường đi, hoặc ngược lại, không cho lợi về công.

4. Dạng 4: Tính hiệu suất

Áp dụng công thức:

• Atp =Ai + Ahp
• Hiệu suất máy: H = $\frac{A_{i}}{A_{tp}}$.100%

Ví dụ 3: Người ta cần đưa 20m3. nước cất lên độ cao 5m. Biết hiệu suất của máy bơm là 80% và khối lượng riêng của nước là 1000kg/m3. Tính công của máy bơm sinh ra.

Hướng dẫn:

Công cần thực hiện: Ai = F.s = 10ms = 10VDs = 10.20.1000.5 = 10$^{6}$ (J)

Do H = 80%, nên công thực tế mà máy bơm sinh ra là:

Atp = $\frac{A_{i}}{H}$ = $\frac{10^{6}}{0,8}$ = 1,25.10$^{6}$ (J)