Định Luật Về Công - Công Suất - Hiệu Suất

ĐỊNH LUẬT VỀ CÔNG – CÔNG SUẤT –  HIỆU SUẤT

 

A: CƠ SỞ LÍ THUYẾT

1. Định luật về công.

Không một máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về công. Được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi.

Từ định luật về công ta nhận thấy, nếu lực nâng hay kéo một vật mà ta muốn kéo nhẹ hơn, thì yêu cầu về quãng đường kéo vật sẽ dài hơn (người ta tạo dòng dọc để kéo vật dựa trên định luật này ).

2. Hiệu suất.

        - Trong thực tế, một máy cơ đơn giản lúc nào cũng có ma sát ( hoặc các lực cản trở khác ). Khi đó công ta phải tốn thực tế A2 để thực hiện di chuyển vật cũng lớn hơn công tính theo lý thuyết A1 dùng để di chuyển vật. Hay công A2 là công toàn phần, công A1 là công có ích.

Tỉ số   \[H=\frac{{{A}_{1}}}{{{A}_{2}}}.100%\]    được gọi là hiệu suất.

A2 luôn lớn hơn A1 nên hiệu suất luôn nhỏ hơn 100%.

- Ta nhận thấy công thực hiện để thắng công do mat sát chính là hiệu số của công toàn phần và công có ích.

        Ama sat  = A 2  -  A 1.

3. Công suất.

Công được thực hiện trong một đơn vị thời gian được gọi là công suất. Vậy nếu một người hay máy có công suất cao hơn thì trong một thời gian sẽ sinh được nhiều công hơn.

Nếu công là A, thời gian thực hiện là t, công suất được kí hiệu là P thì khi đó được tính theo công thức.    \[P=\frac{A}{t}\]   

Người ta còn thương xuyên sử dụng đơn vị khác như: kW = 1000 W, 1MW = 1000 000 W.

Ngoài ra người ta còn dùng đơn vị Cal ( calo ), kCal.  

Hoặc đơn vị mã lực. Một mã lực Anh xấp xỉ 746W.

Từ công thức tính công suất ta có thể biến đổi để tính công có ích của một máy cơ khi biết công suất và thời gian hoạt động theo công thức:

                                                 A  =  P.t

Hay tính thời gian hoạt động nếu biết tổng công có ích và công suất của máy cơ theo công thức: \[t=\frac{A}{P}\]

Từ công suất tính công, và công thức tính vận tốc. Ta có thể rút gọn công thức tính công suất:

\[P=\frac{A}{t}=\frac{F.s}{t}=F.\frac{s}{t}=F.v\]

B: BÀI TẬP MẪU

Bài 1: Một máy cơ đơn giản, Công có ích A1 =  240J, công toàn phần của máy sinh ra là 300J. Vậy hiệu suất máy đã đạt được là: A.  H  =  70%         B.  H  =   80 %        C.  H  =  75%         D.  H  =   85%

Hướng dẫn

Theo công thức tính hiệu suất của máy cơ:

  \[H=\frac{{{A}_{1}}}{{{A}_{2}}}.100%=80%\]

Chọn đáp án B                                                                               

Bài 2: Một người sử dụng dòng dọc để kéo vật lên cao như trên hình 14.1, coi như tổn hao của ma sát bằng 0, vật nặng P = 200 N. Khi đó người đó cần dùng một lực bao nhiêu để có thể kéo vật lên. A. Lớn hơn 100N             B. Lớn hơn 150N      C. Lớn hơn 200N        D. Lớn hơn 180N

Hướng dẫn

Để kéo một vật có trọng lượng P = 200N bằng một dòng dọc cố định, lực kéo F phải lớn hơn 200N.

Chọn đáp án C

Bài 3: Khi kéo một vật trên mặt sàn, một người đã tốn một công là A2 =  120J. Công có ích để kéo vật là 100J. Vậy công ma sát là: A. 120J                   B. 100J                  C. 50J                      D. 20J

Hướng dẫn

 Khi kéo một vật trên mặt sàn tốn công A2 = 120J, công có ích là A1 =100J.

Công tiêu hao bởi ma sát:            

Ama sát  =  A2  -  A1  =  120 – 100 = 20J.

Chọn đáp án D

Bài 4: Một được kéo trên một mặt phẳng ngang, chỉ có tổn hao bởi công do ma sát, vật kéo được dịch chuyển một đoạb bằng 2m. Công của người kéo là 200J, Công có ích là 170J, lực ma sát tác dụng khi kéo vật coi là đều nhau. Khi đó lực ma sát có độ lớn: A. Fms  =  15N         B. Fms = 20N         C. Fms  =  10N           D. Fms  = 25N

Hướng dẫn

Ta tính công do ma sát gây ra đối với vật nằm ngang là:

Ama sát  = A2  -  A1   =  200 – 170  =  30J.

Tính lực ma sát tác dụng ( lực ma sát coi như không đổi ).

\[{{F}_{masat}}=\frac{{{A}_{masat}}}{S}=\frac{30}{2}=15N\]

Chọn đáp án A

Bài 5: Khi kéo một vật bằng dòng dọc lên cao, trọng lượng của vật P  = 300N. Lực cản khi kéo Fc =  20N. Vậy khi kéo lên độ cao 25m thì đã tốn công là:          A. A = 7,5kJ B. A = 8kJ              C. A = 8,5kJ            D. A = 9kJ

Hướng dẫn

P =  300N, độ cao h = 25m. lực cản khi kéo bằng dòng dọc Fc = 20N. Vậy công nâng vật lên:                 

Anâng  =  P . h = 300.25 = 7500J.

Dùng dòng dọc nên quãng đường đi dây đi qua dòng dọc l = h.

Acản  = Fc . h = 20.25 = 500J

Tổng công sinh ra để kéo vật

A = Anâng  + Acản  =  7500 + 500  = 8000J = 8kJ.        

Chọn đáp án B

Bài 6: Một máy cơ trong 1h sản sinh ra một công là 333kJ, vậy công suất của máy cơ đó là: A. P  =  92,5W        B. P  =  90W          C. P  =  95W            D. P  =  97,5W

Hướng dẫn

Theo công thức tính công suất của máy cơ, công A = 333kJ = 333000J. Thời gian hoạt động 1h =3600s.

\[P=\frac{A}{t}=\frac{333000}{3600}=92,5W\]

Chọn đáp án A

Bài 7: Một máy cơ đơn giản có công suất P = 75W, hoạt động trong t = 2h thì tổng công của máy cơ sinh ra là: A.  A = 550 kJ        B. A =  530 kJ         C.   A = 540 kJ         D. A = 560 kJ

Hướng dẫn

Một máy cơ có công suất P = 75W hoạt động trong thời gian t = 2h = 7200s thì tổng công sinh ra được tính:                               

A = P.t   =   75. 7200  = 540000W = 540kW.   

Chọn đáp án C

Bài 8: Một máy bơm lớn dùng để bơm nước trong một ao, một giờ nó bơm được 2100m3 nước lên cao 3m. Tính công suất của bơm. Biết trọng lượng riêng của nước là 10N/dm3. A. P = 18kW B. P = 17,5kW         C. P =19kW D. P = 18,5kW

Hướng dẫn

Ta có 1h = 3600s, Khối lượng nước được bơm lên là 2100m3 = 2,1.106dm3, Trọng lượng của nước P = 2,1.107N. Chiều cao nước được bơm lên h = 3m.

Công được sinh ra là

A  =  P.h =  2,1.107. 3 = 6,3.107J.

Công suất của máy bơm:

\[P=\frac{A}{t}=\frac{{{6,3.10}^{7}}}{3600}=17500W=17,5kW\]

Chọn đáp án B

C: BÀI TẬP TỰ LUYỆN

Bài 1: Hãy chọn câu trả lời đúng:

Đơn vị của công suất là:

1. J.
2. J.s.
3. J/s.
4. J.N.

Bài 2: Một cần trục nâng một vật có khối lượng 400 kg lên dộ cao 4,5 m trong thời gian 12s. Công suất của cần trục là:

1. 150 w.
2. 1500 w.
3. 1800 w.
4. 180w.

Bài 3: Người ta dùng một máy bơm có công suất 800w để bơm nước từ độ sâu 6m lên mặt đất. Hỏi khối lượng nước đã bơm được là bao nhiêu? Biết máy bơm chạy trong 1 giờ.

Hãy chọn câu trả lời đúng.

1. 48 tấn.
2. 480 tấn.
3. 13 tấn.
4. 133 tấn.

Bài 4: Một chiếc xe chuyển động đều với vận tốc 36 km/h với lực kéo là 500N. Công suất của chiếc xe đó là:

1. 500w.
2. 5000 w.
3. 18000 w.
4. Một kết quả khác.

Bài 5: Người ta dùng một máy có công suất 800w và hiệu suất 85% để nâng hàng từ mặt đất lên cao 6m. Máy đã làm việc trong 10 giờ. Khối lượng hàng mà máy đã nâng được là:

1. 408 tấn.
2. 480 tấn.
3. 4080 tấn.
4. 4800 tấn.

Bài 6: Công thực hiện được trong một đơn vị thời gian được gọi là:

A. Công toàn phần                       B. Công có ích

C. Công tiêu hao                          D. Công suất

Bài 7: Tổng công của một máy cơ sinh ra trong cả thời gian hoạt động gọi là:

A. Công có ích                             B. Công toàn phần

C. Công ma sát                            D. Công tiêu hao

Bài 8: Đơn vị của công suất và công lần lượt là:

A. Jun (J) và Oát (W)                            B. Oát (W) và Jun (J)

C. Jun (J) và Niutơn (N)                         D. Oát (W) và Niutơn (N)

Bài 9: Một máy cơ đơn giản có công suất P = 80W, máy đã sinh ra công A=360kJ. Vậy thời gian máy đã hoạt động là:

A. t = 1h 20 phút                          B. t = 1h 25 phút

C. t = 1h 30 phút                          D. t = 1h 15 phút

Bài 10:  Để cần sinh ra một công 360kJ trong 1h20 phút, người ta cần lựa chọn máy cơ có suất:

A. P = 65 W                      B. P = 80W           C. P = 75W            D. P = 70W

Bài 11: Một vật có khối lượng 100kG được kéo lên cao 10m, công suất của máy cẩu là 1kW, Hiệu suất đạt 80%. Vậy cẩu cần bao nhiêu thời gian để kéo vật lên?

A. t = 25s                B. t = 30s          C. t = 20s            D. t = 35s

Bài 12: Một ô tô đi trên đường với vận tốc đều 45km/h. Lực cản của không khí và ma sát tác dụng lên ô tô là 200N. Tính công suất của động cơ.

A. P = 2,5kW          B. P = 3kW       C. P = 3,5kW                D. P = 4kW

Bài 13: Một xe  người đi xe máy với vận tốc đều V = 36km/h, Công suất của động cơ là 1,5kW, tính lực cản của ma sát và không khí Fc.

A. Fc =  100N                                        B. Fc = 120N

C. Fc  = 135N                                         D. Fc = 150N.

Bài 14: Theo định luật về công, người ta chế tạo dòng dọc để kéo vật nặng lên cao, coi như tổn hao công do dòng dọc là không đáng kể. Khi đó để kéo một vật mà chỉ dùng một lực bằng 1/2 trọng lượng của vật, thì chiều dài người đó kéo ở tay sẽ.

A. Bằng khoảng cách mà vật được kéo lên

B. Gấp hai lần khoảng cách vật được kéo lên

C. Gấp 3 lần khoảng cách vật được kéo lên

D. Bằng 1/2 khoảng cách vật được kéo lên.

 

Đáp án

1.C	2.B	3.A	4.B	5.A	6.D	7.B
8.B	9.D	10.C	11.A	12.A	13.D	14.B

Bài viết gợi ý:

1. Cơ Năng - Thế Năng - Động Năng

2. Chủ đề 15 - Cơ năng, sự chuyển hóa và bảo toàn cơ năng

3. Công Cơ Học

4. Bài Tập Lực Đẩy Ác-si-mét

5. Lực Đẩy Ác-si-mét

6. Áp Suất

7. Biểu Diễn Lực. Sự Cân Bằng Lực - Quán Tính