Năng lượng và công

1. Năng lượng

Khái niệm năng lượng

Mọi hiện tượng xảy ra trong tự nhiên đều cần có năng lượng.

Năng lượng có ý nghĩa rất rộng.

Tính chất của năng lượng

• Năng lượng là một đại lượng vô hướng.
• Năng lượng có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau.
• Năng lượng có thể chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác.

• Đơn vị trong hệ SI của năng lượng là jun (K)
• Một đơn vị thông dụng khác là calo. Một calo là lượng năng lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ 1 g nước lên thêm 1^oC.

1 cal = 4,184 J

2. Định luật bảo toàn năng lượng

Năng lượng không tự sinh ra hoặc tự mất đi mà chỉ chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác.

Như vậy năng lượng luôn được bảo toàn.

 

3. Công của một lực không đổi

Biểu thức tính công và đơn vị của công

Công của một lực không đổi được đo bằng tích của ba đại lượng: độ lớn lực tác dụng \(F\), độ lớn độ dịch chuyển \(d\) và \(cosin\) góc hợp bởi vectơ lực tác dụng và vectơ độ dịch chuyển theo biểu thức:

\(A=F.s.\cos\alpha\)

Trong đó: \(\alpha\) là góc tạo bởi hướng của lực và hướng chuyển động.

Đơn vị của công chính là đơn vị của năng lượng 

1 J = 1 N.1 m

Trong cơ học, 1 J là số đo công thực hiện được khi lực có giá trị 1 N đặt lên vật làm vật dịch chuyển được 1 m theo phương của lực tác dụng.

Các đặc điểm của công

• Công là một đại lượng vô hướng.
• \(0^o\le\alpha< 90^o\) : Công của lực là công phát động (\(A>0\))

• \(\alpha=90^o\): Lực không sinh công (\(A=0\))

• \(90^o< \alpha\le190^o\): Công của lực là công cản (\(A< 0\))

Vận dụng biểu thức tính công

❓1. Trường hợp nào sau đây trọng lực tác dụng lên ô tô thực hiện công phát động, công cản và không thực hiện công?

a) Ô tô xuống đang xuống dốc.

b) Ô tô đang lên dốc.

c) Ô tô chạy trên đường nằm ngang.

Hướng dẫn:

a) Ta phân tích trọng lực ra hai lực thành phần vuông góc với nhau: 

Thành phần \(\overrightarrow{P_n}\) vuông góc không sinh ra công.

Thành phần \(\overrightarrow{P_s}\) cùng hướng chuyển động nên sinh công phát động.

b) Tương tự, khi ô tô đang lên dốc thì thành phần \(\overrightarrow{P_s}\) ngược hướng chuyển động nên sinh công cản.

c) Khi ô tô chạy trên đường nằm ngang, phương của trọng lực vuông góc với phương chuyển động nên trọng lực không thực hiện công.

❓2. Một người nâng tạ khối lượng 100 kg lên độ cao 1,5 m và giữ tại độ cao đó trong một thời gian quy định. Tính công tối thiểu do lực đẩy tạ của vận động viên này sinh ra ứng với giai đoạn nâng tạ và giữ tạ. Lấy \(g=10\) m/s².

Hướng dẫn:

Chọn trục toạ độ thẳng đứng có chiều dương hướng lên trên.

Để nâng tạ, lực do vận động viên tác dụng vào tạ phải có độ lớn ít nhất bằng trọng lượng của vật:

\(F=m.g=100.10=1000\) (N)

 

\(A=F.s=1000.1,5=1500\) (J)

Giai đoạn giữ tạ, tạ không dịch chuyển nên lực không sinh công:

\(A=0\) (J)

1. Năng lượng có thể chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác, hoặc truyền từ vật này sang vật khác và luôn được bảo toàn. 

2. Công là số đo phần năng lượng được truyền hoặc chuyển hoá.

3. Công có đơn vị là jun (J): 1 J = 1 N.1 m.

4. Công thức tính công: \(A=F.s.\cos\alpha\).