Định Luật Về Công - Vật Lý 8

A. Tóm tắt lý thuyết

1. Thí nghiệm

Dụng cụ: Thước thẳng, lực kế, quả nặng, ròng rọc, giá TN

Tiến hành:

• Móc quả nặng vào lực kế và kéo từ từ sao cho lực nâng F1 = P qn, Đọc giá trị của F1, độ dài S1
• Dùng ròng rọc động kéo vật lên cùng một đoạn S1, sao cho số chỉ của lực kế không đổi. Đọc số chỉ của lực kế và đo độ dài quãng đường đi được S2
• Hoàn thiện bảng 14.1

C1: F1 > F2

C2: S1 < S2

C3: A1 = A2

C4: Dùng ròng rọc động được lợi hai lần về lực thì thiệt hai lần về đường đi. Nghĩa là không được lợi gì về công

2. Định luật về công

Nội dung định luật:

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

3. Bài tập minh họa

Bài 1: Một người đi xe đạp đều từ chân dốc đến đỉnh dốc cao 5m. Dốc dài 40m. Tính công do người đó sinh ra. Biết rằng lực ma sát cản trở xe chuyển động trên mặt đường là 2N, người và xe có khối lượng là 60kg.

Hướng dẫn giải:

Trọng lượng của người và xe : P=60.10=600N.

Lực ma sát Fms=20N, vậy công hao phí là: A1=Fmsl=20.40=800J.

Công có ích: A2=Ph=600.5=3000J

Công của người sinh ra: A=A1+A2=800+3000=3800J

Bài 2: Một người công nhân dùng ròng rọc động để nâng 1 vật lên cao 7m với lực kéo ở đầu dây tự do là 160N. Hỏi người công nhân đó phải thực hiện một công bằng bao nhiêu? Hướng dẫn giải:

Kéo một vật lên cao nhờ một ròng rọc động thì được lợi 2 lần về lực, nhưng lại thiệt 2 lần về đường đi.

Vật được nâng lên cao 7m thì đầu dây tự do phải kéo đi một đoạn bằng 14m.

Công do người công nhân thực hiện là: A=F.s=160.14=2240J

B. Giải bài tập trong sách giáo khoa

Giải bài tập 1 trang 50 SGK vật lý lớp 8: Hãy so sánh hai lực F1 và F2.

Hướng dẫn giải

Ta có: F2 = 1/2 x F1

Giải bài tập 2 trang 50 SGK vật lý lớp 8: Trong thí nghiệm của câu hỏi 1. Hãy so sánh hai quãng đường đi được S1 và S2.

Hướng dẫn giải

Ta có: S2 = 2S1

Giải bài tập 3 trang 50 SGK vật lý lớp 8: Hãy so sánh công của lực F1 (A1 = F1S1) và công của lực F2 (A2 = F2S2).

Hướng dẫn giải

Vì F2 = 1/2xF1   và  S2 = 2S1 nên A1 = A2

Giải bài tập 4 trang 50 SGK vật lý lớp 8: Dựa vào các câu trả lời trên hãy chọn từ thích hợp cho các chỗ trống của kết luận sau:

Dùng ròng rọc động được lợi hai lần về ...........(1) .......... thì lại thiệt hai lần về .........(2)........ , nghĩa là không được lợi về .........(3).........

Hướng dẫn giải

Dùng ròng rọc động được lợi hai lần về lực thì lại thiệt hai lần về đường đi, nghĩa là không được lợi về công.  

Giải bài tập 5 trang 50 SGK vật lý lớp 8: Kéo đều hai thùng hàng, mỗi thùng nặng 500N lên sàn ô tô cách mặt đất lm bằng tấm ván đặt nghiêng (ma sát không đáng kể). Kéo thùng thứ nhất, dùng tấm ván dài 4m. Kéo thùng thứ hai, dùng tấm ván dài 2m. Hỏi:

a) Trong trường hợp nào người ta kéo với lực nhỏ hơn và nhỏ hơn bao nhiêu lần?

b) Trường hợp nào thì tốn nhiều công hơn?

c) Tính công của lực kéo thùng hàng theo mặt phẳng nghiêng lên sàn ô tô. 

Hướng dẫn giải

a) Trường hợp thứ nhất: lực kéo nhỏ hơn 2 lần.

b) Trong cả hai trường hợp, công của lực kéo bằng nhau.

c) Vì không có ma sát nên công của lực kéo trên mặt phăng nghiêng cũng bằng công nâng trực tiếp vật lên sàn ô tô: A = FS = P.h = 500.1 = 500J.

Giải bài tập 6 trang 51 SGK vật lý lớp 8: Để đưa một vật có trọng lượng p = 420N lên cao theo phương thẳng đứng bằng ròng rọc động, người ta phải kéo đầu dây đi một đoạn là 8m. Bỏ qua ma sát.

a) Tính lực kéo và độ cao đưa vật lên.

b) Tính công nâng vật lên.

Hướng dẫn giải

a) Khi kéo vật len bằng ròng rọc động thì lực kéo chỉ bằng phân nữa trọng lượng của vật, nghĩa là F = P/2 = 420/2 = 210N

Dùng ròng rọc động lợi hai lần về lực nhưng thiệt hai lần về đường đi nên độ cao đưa vật lên thực tế bằng phân nửa quãng đường dịch chuyển của ròng rọc, nghĩa là h = 8 : 2 = 4m.

b) Công nâng vật lên là: A = p.h = 420.4 = 1680J.  

C. GIẢI BÀI TẬP

B1. Người ta đưa một vật nặng lên độ cao h bằng hai cách. Cách thứ nhất, kéo trực tiếp vật lên theo phương thẳng đứng. Cách thứ hai, kéo vật theo mặt phẳng nghiêng có chiều dài gấp hai lần độ cao h. Nếu bỏ qua ma sát ở mặt phăng nghiêng thì:

A. Công thực hiện ở cách thứ hai lớn hơn vi đường đi lớn gấp hai lần.

B. Công thực hiện ở cách thứ hai nhỏ hơn vì lực kéo vật theo mặt phăng nghiêng nhỏ hơn.

C. Công thực hiện ở cách thứ nhất lớn hơn vì lực kéo lớn hơn.

D. Công thực hiện ở cách thứ nhất nhỏ hơn vì đường đi của vật chỉ bằng nửa đường đi của vật ở cách thứ hai.

E. Công thực hiện ở hai cách đều như nhau.

Hướng dẫn giải

Chọn câu E: Công thực hiện ở hai cách đều như nhau.

B2. Một người đi xe đạp đều từ chân dốc lên đỉnh dốc cao 5m, dốc dài 40m. Tính công do người đó sinh ra biết rằng lực ma sát cản trở xe chuyển động trên mặt đường là 20N, người và xe có khối lượng là 60kg.

Hướng dẫn giải

Người và xe có khối lượng 60kg nghĩa là trọng lượng bằng 600N.

Công hao phí là: A1 = Fms.40m = 20N.40m = 800J

Công có ích là: A2 = P.h = 600N.5m = 3000J

Công của người sinh ra là: A = A1 + A2 = 800J + 3000J = 3800J 

B3. Ở hình bên, hai quả cầu A và B đều làm bằng nhôm và có cùng đường kính, một quả rỗng và một quả đặc. Hãy cho biết quả nào rỗng và khối lượng quả nọ lớn hơn quả kia bao nhiêu lần?

Hướng dẫn giải

Đòn bẩy ở trạng thái cân bằng, nghĩa là: OA = 2/3 OB.

Quả cầu A tác dụng lên đầu A một lực PA, quả cầu B tác dụng lên đầu B một lực PB.

Ta có: PA/PB = OA/OB= 2/3 suy ra PA = 2/3 PB

Quả cầu B nặng hơn quả cầu A nên quả cầu A là rỗng.

B4. Một người công nhân dùng ròng rọc động để nâng một vật lên cao 7m với lực kéo ở đầu dây tự do là 160N. Hỏi người công nhân đó đã thực hiện một công bằng bao nhiêu? Hướng dẫn giải

Kéo vật lên. cao bằng ròng rọc động thì được lợi hai lần về lực nhưng thiệt hại hai lần về đường đi.

Vật được nâng lên cao 7m thì đầu dây tự do phải kéo đi một đoạn bằng 14m.

Vậy công do người công nhân thực hiện là: A = F.s = 160N.14m = 2240J

B5. Vật A ở hình bên có khối lượng 2kg. Hỏi lực kế chỉ bao nhiêu? Muốn vật A đi được 2cm ta phải kéo lực kế xuống bao nhiêu cm?

Hướng dẫn giải

Gọi trọng lượng của vật là P.

Lực căng của p sợi dây thứ nhất là P/2, lực căng của sợi dây thứ hai  P/4, lưc căng của sơi dây thứ ba là P/8. Vây lưc kéo do lò xo bằng P/8.

Vật có khối lượng 2kg nghĩa là trọng lượng P = 20N.

Do đó lực kế chỉ 20/8 N = 2,5N.

Như vậy, ta được lợi 8 lần về lực do đó phải thiệt hại 8 lần về đường đi, nghĩa là muôn kéo vật đi lên 2cm thì tay phải kéo dây đi một đoạn 16cm. 

B6. Nối các ròng rọc động và ròng rọc cố định với nhau như thế nào để được hệ thống nâng vật nặng cho ta lợi về lực 4 lần, 6 lần?

Hướng dẫn giải

Bố trí một ròng rọc cố định và hai ròng rọc động thành hệ thống như hình bên trái sẽ được lợi về lực 4 lần. Bố trí ba ròng rọc cố định và ba ròng rọc động thành hệ thông như hình bên phải sẽ được lợi về lực 6 lần.

B7. Người ta dùng mặt phăng nghiêng để kéo một vật có khối lượng 50kg lên cao 2m.

a. Nếu không có ma sát thì lực kéo là 125N. Tính chiều dài của mặt phẳng nghiêng.

b. Thực tế có ma sát và lực kéo vật là 150N. Tính hiệu suất của mặt phăng nghiêng.

Chú ý: Hiệu suất của măt phẳng nghiêng là: H = A1/A = Ph/FI x 100%

Trong đó: P là trọng lượng vật H là độ cao F là lực kéo vật theo phương mặt phăng nghiêng 1 là chiều dài của mặt phăng nghiêng.

Hướng dẫn giải

Vật nặng có khối lượng 50kg nghĩa là trọng lượng bằng 500N.

a. Công của lực kéo vật lên mặt phăng nghiêng là: A1 = F.l

Công của lực kéo trực tiếp vật theo phương thẳng đứng là: A2 = Ph = 500N.2m = 1000J Theo định luật về công thì A1= A2, nghĩa là A2 = F.l

Suy ra: I = A2/F= 1000J/125N = 8m

b. Hiệu suất của mặt phăng nghiêng là:

H = Ph/FI x 100% = 500N.2m.100%/150N/8m ≈ 83%

Bài viết gợi ý:

1. Bài 13: Công cơ học - Vật lý 8

2. Bài 12 vật lý 8: Sự nổi

3. Vật lý 8 Lực đẩy Ác-si-mét

4. Áp suất khí quyển-vật lý 8

5. Áp suất chất lỏng - Bình thông nhau - Vật lý 8

6. Lý thuyết và bài tập về áp suất - Vật lý 8

7. Lực ma sát - Vật lý 8