Cơ năng là một dạng năng lượng mà chúng ta bắt gặp rất nhiều trong cuộc sống hàng ngày. Để tìm hiểu kỹ hơn về cơ năng là gì, kienthucmaymoc.com sẽ tổng hợp tới bạn trong bài viết dưới đây.
Contents
Cơ năng là gì?
Cơ năng là một đại lượng đặc trưng dùng để chỉ khả năng sinh công của một vật bất kỳ. Khi khả năng sinh sông càng lớn thì đồng nghĩa cơ năng của vật đó càng lớn theo.
Cơ năng của một vật được tính bằng tổng động năng và thế năng.
Đơn vị của cơ năng gọi là Jun (J)
Khi một vật có khả năng thực hiện một công cơ học thì vật đó có cơ năng
Ví dụ: một vật nặng đứng yên đang được treo bởi một sợi dây ở độ cao cố định so với mặt đất. Nó đang không thực hiện bất kỳ một công nào nhưng khi ta cắt sợi dây, vật đó rơi xuống đã tạo ra một công nên sinh ra cơ năng
Các dạng cơ năng
Như đã nhắc đến ở phần trên, cơ năng gồm hai dạng đó là động năng và thế năng, cụ thể như sau:
Động năng
Động năng của một vật là năng lượng mà nó có được khi chuyển động. Mặt khác, nó còn là công cần thực hiện để thay đổi chuyển động của một vật với khối lượng cho trước, khiến vật từ trạng thái nghỉ đạt đến vận tốc hiện tại và duy trì động năng cho đến khi tốc độ của vật thay đổi .
Hiểu đơn giản hơn đó là một vật chuyển động với vận tốc nhanh, khối lượng vật lớn thì động năng của nó cũng sẽ lớn theo, ví dụ như tàu lượn siêu tốc đang chuyển động.
Thế năng
Thế năng trọng trường
Thế năng của một vật được xác định bởi độ cao của vật đó so với mặt đất, hay còn được gọi là thế năng trọng trường. Không nhất thiết phải lấy mặt đất để tính chiều cao mà có thể áp dụng với mặt nước biển hoặc một bề mặt xác định nào đó.
Cơ năng sẽ phụ thuộc vào độ cao của vật so với điểm mốc xác định để tính độ cao. Vật ở càng xa so với cột mốc thì cơ năng sẽ càng lớn, ngược lại, khi vật được đặt ở trên mặt đất hoặc các mốc tính khác thì thế năng trọng trường của vật lúc này sẽ bằng 0.
Bên cạnh đó, thế năng trọng trường của vật còn được tính bằng trọng lượng của vật đó, vật càng nhỏ thì thế năng càng nhỏ, vật càng lớn thì thế năng cũng sẽ càng lớn theo.
Thế năng đàn hồi
Thế năng đàn hồi dùng để chỉ cơ năng của một vật bị ảnh hưởng bởi độ biến dạng, ví dụ như lò xo bị giãn ra nếu treo một vật nặng lên nó hoặc dùng tay kéo giãn lò xo.
Một vật có có năng có thể có cả thế năng và động năng hoặc chỉ có một trong hai dạng năng lượng này. Ví dụ như: quả rụng từ trên cây xuống, hoặc một chiếc xe đạp đang xuống dốc,…
Tổng kết lại, khi một vật chuyển động trong trọng trường thì công thức tính cơ năng của nó sẽ được tính bằng tổng động năng và thế năng, ta có công thức tổng quát sau:
W = Wđ + Wt = ½ mv2 + mgz
Định luật bảo toàn cơ năng
Định luật bảo toàn cơ năng giúp bảo toàn chỉ số cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường và chịu tác động từ một lực có thể là trọng lực hoặc lực đàn hồi.
Hiểu đơn giản hơn thì thế năng và động năng sẽ không giữ nguyên bản chất trong quá trình chuyển động mà có thể biến thiên liên tục nhưng không làm cho tổng cơ năng bị biến đổi.
Định luật bảo toàn cơ năng được nhắc đến như sau:
Trong khi chuyển động, nếu vật chịu tác động của trọng lực, động năng có thể chuyển hoá thành thế năng và ngược lại, nhưng tổng của chúng vẫn được bảo toàn và không thay đổi theo thời gian chuyển động.
Từ định luật này, cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường biến thiên theo quy luật:
- Động năng giảm thì thế năng tăng, lúc này, động năng sẽ tự động chuyển hoá thành thế năng và ngược lại
- Tại vị trí nhất định, động năng đạt cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại
Định luật bảo toàn năng lượng chỉ đúng khi vật chỉ chịu tác động của trọng lực và lực đàn hồi. Nếu vật chịu tác động từ một lực khác thì định luật bảo toàn cơ năng sẽ không được áp dụng.
Trong quá trình chuyển động, vật chịu thêm tác động của lực ma sát và lực cản thì cơ năng sẽ bị biến đổi, đồng thời công của các lực này sẽ tính bằng độ biến thiên của cơ năng
Từ trường là gì? Tính chất cơ bản của từ trường
Điện dung: Đơn vị và công thức tính điện dung của tụ điện
Tác động của lực đàn hồi lên cơ năng
Lấy ví dụ cụ thể về lực đàn hồi của lò xo, khi hình dạng của lò xo bị thay đổi, có thể là kéo giãn ra hoặc bị nén chặt lại, thì cơ năng sẽ bằng tổng động năng và thế năng của lò xo. Đại lượng này vẫn sẽ được bảo toàn theo định luật.
Bài tập vận dụng tính cơ năng của một vật
Ví dụ 1: Một viên đạn có trọng lượng là 14g di chuyển theo phương ngang với vận tốc là 400m/s xuyên qua miếng gỗ có độ dày 5cm. Sau khi xuyên qua gỗ, vận tốc của viên đạn hiện tại chỉ còn 120m/s. Hãy tính lực cản trung bình của miếng gỗ tác động lên viên đạn
Hướng dẫn giải:
Đổi đơn vị: 14g = 0,014kg
Độ biến thiên động năng của viên đạn khi xuyên qua tấm gỗ:
Ta thấy, độ biến thiên động năng bằng công lực cản
Do đó, lực cản trung bình của tấn gỗ tác động lên viên đạn là:
Ví dụ 2: Một ô tô có trọng lượng 1200kg, hoạt động với công suất 40KW, trên ô tô có 2 người có tổng cân nặng là 140kg. Vậy ô tô phải mất bao nhiêu thời gian để tăng tốc từ 15m/s lên 20m/s?
Hướng dẫn giải:
Tổng khối lượng của người và xe là:
m = 140 + 1200= 1340 kg
Độ biến thiên động năng bằng công của lực kéo:
A = ½ mv2 – ½ mv2 = ½. 1340(202 – 152) = 117250 (J)
Thời gian cần thiết để tăng vận tốc là:
t = A/P = 117250/40000 = 2,93s
Trên đây là toàn bộ kiến thức về cơ năng mà kienthucmaymoc.com chia sẻ tới bạn. Hy vọng qua bài viết này các bạn đã hiểu rõ cơ năng là gì và hoàn thành tốt các bài tập về cơ năng. Chúc các bạn thành công!
