Công Của Trọng Lực Tác Dụng Lên Vật Có Giá Trị

Trọng lực là gì? Đây là một trong những khái niệm cơ bản nhất trong lĩnh vực vật lý cơ học. Đây cũng là loại lực gây ra nhiều hiện tượng thiên nhiên mà bạn có thể bắt gặp hàng ngày. Thế nhưng bạn đã thực sự hiệu về bản chất của trọng lực chưa? Hãy cùng Kiến thức máy móc tìm hiểu về loại lực thú vị này trong bài viết dưới đây nhé! Hãy tham khảo công thức tính trọng lực với Mobitool nhé !

Trước khi đi tìm hiểu sâu hơn về trọng lực, ta cần phải nắm được khái niệm và bản chất của loại lực này và một số khái niệm vật lý liên quan khác.

Trọng lực là gì?

Trọng lực là một trong những loại lực cơ bản nhất trong lĩnh vực vật lý cơ học. Bản chất của trọng lực chính là lực hút của Trái Đất lên một vật bất kỳ.

Đơn vị đo của trọng lực được hệ thống đơn vị đo lường quốc tế SI công nhận là Newton, ký hiệu là N.

Đơn vị được đặt tên theo nhà bác học Isaac Newton – Người đã tìm ra Định luật vạn vật hấp dẫn, mở một cánh cửa mới cho ngành vật lý cơ học.

Theo hệ thống đơn vị đo lường, đơn vị đo này sẽ được quy đổi như sau:

Lực hấp dẫn hay còn được gọi là Tương tác hấp dẫn là một hiện tượng khi mà các vật chất có khối lượng hoặc mang năng lượng đều bị hút lại nhau. Tất cả các vật chất đều có hiện tượng tương hấp dẫn từ các hành tinh, ngôi sao và thậm chí cả ánh sáng.

Lực hấp dẫn được phát hiện khi nhà bác học Isaac Newton bị một quả táo rơi vào đầu

Mọi hành tinh trong vũ trụ đều được bao quanh bởi một trường được gọi là trường hấp dẫn. Theo khái niệm vật lý của Newton, chúng ta có thể hiểu rằng, mọi vật nằm trong trường hấp dẫn sẽ chịu lực hấp dẫn của hành tinh đó.

Lực hấp dẫn của Trái Đất chính là nguyên nhân tạo ra trọng lượng cho mọi vật. Còn lực hấp dẫn của Mặt Trăng tác động lên nước biển tạo nên hiện tượng thủy triều.

Trọng lượng của một vật chính là độ lớn của trọng lực/lực hấp dẫn tác dụng lên vật thể đó. Trọng lượng của vật được ký hiệu bằng chữ P.

Trọng trường chính là gia tốc Trái Đất tác dụng lên tất cả các vật chất trên bề mặt hoặc gần bề mặt của Trái Đất. Đây là một khái niệm vật lý quan trọng được nghiên cứu trong lĩnh vực địa vật lý và trong lĩnh vực khoa học vũ trụ.

Trọng trường là một hằng số được ký hiệu bằng chữ g.

g = 9.81 m/s^2

Hình minh hoạt trường trọng lực của Trái Đất

Công thức tính lực hấp dẫn

Chúng ta có thể tính trọng lực mà Trái Đất tác dụng lên một vật thể bằng công thức sau:

F = mg = Mgm/r^2

Trong đó:

• M, m là khối lượng của vật thể cần xét (kg)
• g là hằng số gia tốc trọng trường. g = 9.81 m/s^2
• r là khoảng cách giữa hai vật thể (m)
• F là độ lớn trọng lực (N)

Để tính công của trọng lực Trái Đất trong trường hợp khi xét một vật được thả tự do từ độ cao h2 xuống độ cao h1 so với bề mặt Trái Đất, ta cần sử dụng công thức sau:

A = FScos α

Trong đó:

• F là độ lớn của lực tác động lên vật (N)
• S là khoảng cách giữa hai điểm từ h2 tới h1 (m)
• α là góc rơi của vật thể. Trong trường hợp đang xét, góc α = 0 do vật rơi theo phương thẳng đứng
• A là công của trọng lực (J)

Gia tốc trọng trường của Mặt trăng chỉ có giá trị khoảng 1.622 m/s^2. Giá trị này chỉ bằng ⅙ so với gia tốc trọng trường của Trái Đất. Chính vì vậy, bạn có thể thấy các phi hành gia gần như bay trong không khí khi bước trên bề mặt của mặt trăng.

• Chân không là khoảng không nằm ngoài trường hấp dẫn khiến cho các phi hành gia lơ lửng trong không trung thay vì rơi thẳng về Trái Đất
• Gia tốc trọng trường của Mặt trời gấp tới 28 lần so với tại Trái Đất. Nếu bạn có thể bước lên Mặt trời, cơ thể bạn sẽ nặng hơn tới 28 lần so với cân nặng thực.
• Trọng lực là nguyên nhân của nhiều hiện tượng thiên nhiên trong đời sống như mưa rơi, tuyết rơi, hiện tượng mưa sao băng, …

Trên đây là bài viết giới thiệu về trọng lực là gì, các đặc điểm, tính chất và các khái niệm liên quan tới loại lực thú vị này. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm các kiến thức thú vị về các khái niệm vật lý thú vị khác, đừng quên theo dõi website Kiến thức máy móc mỗi ngày nhé!

Xem thêm các sách tham khảo liên quan:

Giải Bài Tập Vật Lí 10 – Bài 33: Công và công suất (Nâng Cao) giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:

Câu c1 (trang 155 sgk Vật Lý 10 nâng cao):

Tục nhữ có câu : của một đồng, công một nén

Khái niệm cồng này có phải công cơ học không? Tại sao?

Lời giải:

HDTL: không. Trong tục ngữ khái niệm công bao gồm công sức và tinh thần, khó định lượng chính xác. Công cơ học phụ thuộc lực và độ dời , do đó có thể định lượng hoàn toàn chính xác..

Câu c2 (trang 155 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Trong trường hợp người nhảy dù đang rơi, sau khi dù đã mở, có những lực nào thực hiện công? Công đó là dương hay âm.

Lời giải:

Sau khi dù đã mở, người và dù đang rơi thì có trọng lực, lực cản không khí, lực đẩy Ac-si-mét, lực của gió tác dụng vào người và dù. Trong đó:

– Trọng lực thực hiện công dương: A = P.s.cos0o > 0

– Lực cản không khí và lực đẩy Ac-si-mét thực hiện công âm: A’ = Fc.s.cos180o < 0

– Lực của gió thực hiện công dương.

Câu c3 (trang 155 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Hãy tìm hai ví dụ trong đó lực tác dụng nhưng công thực hiện bằng không

Lời giải:

+ Ví dụ 1: Khi một vật trượt trên mặt phẳng nằm ngang, công của trọng lực P→và phản lực N→của mặt phẳng là bằng không.

AP = P.s.cos90o = 0; AN = N.s.cos90o = 0 (vì P→và N→cùng vuông góc với đường đi).

+ Ví dụ 2: Vật chuyển động tròn chỉ chịu tác dụng của lực hướng tâm luôn vuông góc với vecto vận tốc dài v→ tại cùng một điểm, tức vuông góc vectơ độ dời tại điểm đó, nên công A = 0

Câu c4 (trang 157 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Hãy cho biết cần cẩu nào có công suất lớn hơn, biết rằng:

– Cần cẩu 1 nâng vật 900kg lên cao 10m trong 1 min.

– Cần cẩu 2 nâng vật 2000kg lên cao 6m trong 2 min.

Lời giải:

Công suất của cần cẩu 1:

Công suất của cần cẩu 2:

Vậy cần cẩu 1 có công suất lớn hơn.

Câu 1 (trang 159 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Định nghĩa công cơ học và đơn vị công. Viết biểu thức tính công trong trường hợp tổng quát.

Lời giải:

* Công thực hiện bởi một lực không đổi là đại lượng đo bằng tích của độ lớn của lực và hình chiếu của độ dời của điểm đặt trên phương của lực.

* Biểu thức: A = F.s.cosα.

Trong đó: F là độ lớn của của lực (N); s là độ lớn của độ dời điểm đặt (m); α = (F→,s→)

* Trong hệ SI, đơn vị công là Jun (J): 1 Jun là công thực hiện bởi lực có cường độ 1N làm dời chỗ điểm đặt của lực 1m theo phương của lực.

Câu 2 (trang 159 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Nêu ý nghĩa công dương và công âm. Cho ví dụ.

Lời giải:

* Công dương là công phát động, nếu lực tác dụng lên vật chỉ thực hiện công dương thì vận tốc vật tăng.

* Công âm là công cản.

– Nếu lực tác dụng lên vật chỉ thực hiện công âm thì vận tốc vật giảm.

– Nếu lực tác dụng lên vật thực hiện công dương bằng độ lớn của công âm thì vận tốc vật không đổi.

Ví dụ: kéo một vật trên mặt phẳng nằm ngang:

– Công của lực kéo là công dương – công phát động.

– Công của lực ma sát là công âm – công cản.

– Công của trọng lực của mặt sàn là bằng không.

Câu 3 (trang 159 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Định nghĩa công suất và đơn vị công suất. Nêu ý nghĩa của công suất.

Lời giải:

* Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.

Công thức:

Trong hệ SI, đơn vị công suất là Jun/giây gọi là Oát (W). Ngoài ra còn dùng kilôoát (kW) và mêgaoát (MW): 1kW = 103 W; 1MW = 106 W.

Chú ý: Đơn vị kWh là đơn vị công: 1kWh = 3600000 J.

Ngoài ra có thể viết công thức tính công suất thông qua lực tác dụng và vận tốc:

Từ công thức với A = F.s ⇒ P = F.v

* Ý nghĩa công suất: biểu thị tốc độ thực hiện công của một vật. Đối với một động cơ có công suất không đổi cho trước thì lực kéo tỉ lệ nghịch với vận tốc.

Bài 1 (trang 159 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Câu nào sau đây đúng?

A. Lực là một đại lượng vectơ, do đó công cũng là một đại lượng vectơ.

B. Trong chuyển động tròn, lực hướng tâm thực hiện công vì có cả hai yếu tố: lực tác dụng và độ dời của điểm đặt.

C. Công của lực là đại lượng vô hướng và có giá trị đại số.

D. Khi một vật chuyển động thẳng đều, công của hợp lực là khác không vì có độ dời của vật.

Lời giải:

Đáp án : C.

Công là đại lượng vô hướng và có giá trị đại số, nghĩa là có thể dương, âm hoặc bằng không

Trường hợp chuyển động tròn, lực hướng tâm luôn vuông góc với vecto độ dài s tại thời điểm đang xét, do đó công A = 0.

Khi vật chuyển động thẳng đều thì Fhl = 0. Do đó công của tổng hợp lực cũng bằng không.

Bài 2 (trang 159 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một tàu thủy chạy trên sông theo đường thẳng kéo một sà lan chở hàng với lực không đổi F = 5.103N. Hỏi khi lực thực hiện được một công bằng 15.106J thì sà lan đã dời chỗ theo phương của lực được quãng đường bằng bao nhiêu?

Lời giải:

Vì hướng của lực cùng hướng độ dời nên ta có:

Bài 3 (trang 159 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một vật khối lượng m = 3kg được kéo lên trên mặt phẳng nghiêng một góc 30o so với phương ngang bởi một lực không đổi F = 50N dọc theo đường chính. Hãy xác định các lực tác dụng lên vật và công do từng lực thực hiện với độ dời s = 1,5m. Bỏ qua ma sát của chuyển động.

Lời giải:

Vật chịu tác dụng của ba lực: Trọng lực P→, phản lực N→của mặt phẳng nghiêng, lực kéo Fk→.

Công của lực kéo Fk→là: A1 = Fk.s.cos0o = 50.1,5 = 75 J

Công của trọng lượng P→:

A2 = P.s.cos(P→,s→) = P.s.cos(90o + α)

= P.s.cos120o = m.g.cos120o = -22,5 J

Công của phản lực N: A3 = N.s.cos90o = 0

Bài 4 (trang 159 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một vật có khối lượng m = 2kg rơi tự do từ độ cao h = 10m so với mặt đất. Bỏ qua sức cản của không khí. Hỏi sau thời gian 1,2s trọng lực đã thực hiện được một công bằng bao nhiêu? Công suất trung bình của trọng lực trong thời gian 1,2s và công suất tức thời tại thời điểm t = 1,2s khác nhau ra sao? Cho g = 9,8m/s2.

Lời giải:

Sau 1,2s quãng đường vật rơi được:

s = g.t2/2 = 9,8.1,22/2 = 7,056 m.

Quãng đường vật rơi được cũng chính bằng độ dời điểm đặt của trọng lực P theo phương của lực trong thời gian đó.

Công của trọng lực là: A = m.g.s.cos0o = 2.9,8.7,056 = 138,3J

Công suất trung bình của trọng lực trong thời gian 1,2s là:

Vận tốc của vật sau khi rơi được 1,2s là: v = v0 + a.t = 0 + g.t = 11,76 m/s.

Công suất tức thời của trọng lực P tại thời điểm t = 1,2s là:

P = F.v = P.v = m.g.v = 2.9,8.11,76 = 230,5 W.

Bài 5 (trang 159 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một máy bơm nước mỗi giây có thể bơm được 15l nước lên bể nước ở độ cao 10m. Nếu coi mọi tổn hao là không đáng kể, hãy tính công suất của máy bơm. Trong thực tế hiệu suất của máy chỉ là 0,7. Hỏi sau nửa giờ, máy bơm đã thực hiện một công bằng bao nhiêu? Lấy g = 10m/s2.

Lời giải:

Khối lượng riêng của nước : D = 103 kg/m3 nên 15 lit có khối lượng là:

m = V.D = (15.10-3).103 = 15kg

→ P = m.g = 150N

Công suất của máy bơm là:

Vì thực tế hiệu suất của máy bơm chỉ 0,7 nên công suất thực tế máy bơm đã sinh ra là:

Vậy sau nửa giờ, máy bơm đã thực hiện một công là: