Cơ Năng Là Gì? Công Thức Tính Cơ Năng - Kiến Thức Tổng Hợp

Cơ năng là một đại lượng quan trọng trong vật lý. Nhưng có khá nhiều học sinh chưa nắm rõ và gặp khó khăn khi xác định cơ năng là gì? Bài viết dưới đây sẽ tổng hợp các kiến thức liên quan đến cơ năng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Contents

• 1 Cơ năng là gì?
• 2 Tìm hiểu các dạng của cơ năng
  • 2.1 Động năng
  • 2.2 Thế năng
• 3 Công thức tính cơ năng
• 4 Định luật bảo toàn cơ năng
• 5 Hệ quả của định luật bảo toàn cơ năng
• 6 Khi một vật chịu tác động của lực đàn hồi thì cơ năng sẽ như thế nào?

Cơ năng là gì?

Cơ năng là một đại lượng đặc trưng cho khả năng sản sinh công của một vật. Khi vật sinh ra công càng lớn thì cơ năng của nó càng lớn. Đại lượng này có đơn vị đo là Jun và được ký hiệu là J.

Trong vật lý học, cơ năng chính là tổng của động năng và thế năng. Cơ năng là năng lượng kết hợp giữa chuyển động và vị trí của vật thể. 

Tìm hiểu các dạng của cơ năng

Cơ năng được chia làm 2 dạng gồm động năng và thế năng. Cụ thể như sau:

Động năng

Động năng là khái niệm dùng để chỉ cơ năng của vật được tạo ra bởi sự chuyển động. Khi vật thể chuyển động càng nhanh và có khối lượng càng lớn thì động năng của nó sẽ càng lớn. Ví dụ cụ thể về động năng là hòn bi đang lăn.

Thế năng

Thế năng được chia thành 2 loại, đó là thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi:

Thế năng trọng trường

Đây là loại thế năng được xác định bởi độ cao của vật so với mặt đất. Ngoài mặt đất thì chúng ta có thể sử dụng một vị trí khác để làm mốc tính được độ cao. Trong trường hợp này, ta có thể hiểu là cơ năng của vật sẽ phụ thuộc vào độ cao của vật đó so với một điểm xác định (tức là mốc tính độ cao).

Vật có vị trí càng cao so với mốc tính (ví dụ: Mặt đất) thì thế năng càng lớn. Trong trường hợp, vật đặt trên mặt đất hay mốc tính thì thế năng trọng trường của vật sẽ bằng 0. Ví dụ là chiếc quạt trần so với nền nhà.

Bên cạnh đó, thế năng trọng trường của một vật còn phụ thuộc vào khối lượng của chính nó. Vật có khối lượng càng nhỏ thì thế năng sẽ càng nhỏ.

Thế năng đàn hồi

Thế năng đàn hồi được dùng trong trường hợp cơ năng của vật bị ảnh hưởng do độ biến dạng của vật. Ví dụ dễ thấy nhất là lò xo. 

Công thức tính cơ năng

Một vật có thể có cả động năng và thế năng, cho nên cơ năng của vật sẽ bằng tổng của cả động năng và thế năng. Một số ví dụ về vật có cả thế và động năng là: Máy bay đang cất cánh, lá cây rơi, quả rụng,…

Khi một vật nào đó đang chuyển động trong trọng trường thì cơ năng của nó sẽ bằng tổng của động năng và thế năng. Như vậy, ta có công thức cơ năng là:

W=Wđ+Wt

Định luật bảo toàn cơ năng

Đây là định luật bảo toàn chỉ số cơ năng của một vật khi nó chuyển động trong trọng trường và chỉ chịu tác động của lực đàn hồi hoặc trọng lực. Vật đó không chịu tác động thêm từ bất kỳ lực nào khác như: Lực cản, lực ma sát,…

Nói một cách dễ hiểu hơn, động năng và thế năng của vật có thể chuyển đổi qua lại khi vật chuyển động trong trọng trường. Tuy nhiên, tổng của chúng không thay đổi khi vật chỉ chịu tác động của lực đàn hồi và trọng lực.

Định luật bảo toàn cơ năng được phát biểu là: Trong khi vật chuyển động trong trọng trường mà chỉ chịu tác động của của trọng lực thì thế năng có thể chuyển thành động năng và ngược lại. Tổng của chúng, tức cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn (không đổi theo thời gian).

Chú ý: Định luật bảo toàn cơ năng đã nêu trên chỉ đúng khi vật không chịu tác động của bất kỳ lực nào từ bên ngoài, ngoại trừ lực đàn hồi và trọng lực. Nếu vật chịu thêm tác động từ lực khác trong quá trình chuyển động như: Lực cản, lực ma sát,… thì cơ năng của vật này sẽ bị biến đổi. Công của các lực tác động sẽ được tính bằng độ biến thiên cơ năng.

Hệ quả của định luật bảo toàn cơ năng

Từ định luật bảo toàn cơ năng, chúng ta có thể suy ra, trong quá trình một vật chuyển động trong trọng trường, nếu vật có thế năng giảm thì động năng sẽ tăng. Ngược lại, khi vật có động năng tăng lên thì thế năng của vật sẽ giảm xuống.

Bên cạnh đó, tại vị trí thế năng đạt cực đại thì động năng sẽ đạt cực tiểu. Ngược lại, khi thế năng ở cực tiểu thì động năng lúc này sẽ ở cực đại.

Khi một vật chịu tác động của lực đàn hồi thì cơ năng sẽ như thế nào?

Trong quá trình chuyển động, nếu một vật chịu tác động của lực đàn hồi được tạo ra do lò xo đàn hồi bị biến dạng thì cơ năng của vật sẽ được tính bằng tổng động năng với thế năng đàn hồi của vật đó. Đại lượng này cũng là một đại lượng được bảo toàn.

Hy vọng rằng, những thông tin trong bài viết sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn các kiến thức liên quan đến cơ năng. Trong phần kiến thức này thì định luật bảo toàn là quan trọng nhất và các bạn cần nắm vững. Nếu có ý kiến bổ sung hoặc góp ý, các bạn đọc có thể bình luận dưới bài viết để bài chia sẻ được hoàn thiện hơn nhé!

Xem thêm:

• Định luật vạn vật hấp dẫn và ba định luật Newton về cơ học
• Lực ma sát là gì? Phân loại, vai trò và ứng dụng trong thực tiễn
• Khối lượng riêng là gì? Tổng hợp khối lượng riêng của các chất
• Thế năng đàn hồi là gì? Khái niệm và công thức tính thế năng
• Định nghĩa và một số đơn vị đo độ dài thông dụng thường dùng