Cơ năng là gì? Công thức tính cơ năng – Palada.vn

Cơ năng là một khái niệm quan trọng trong vật lý. Tuy nhiên, nhiều học sinh gặp khó khăn trong việc xác định thế nào là Tổ chức và các công thức liên quan đến hàm số. Dưới đây là bài tổng hợp kiến ​​thức về kĩ năng kèm theo bài tập cụ thể.

Khái niệm cơ năng là gì?

Cơ năng là đại lượng vật lý biểu thị khả năng thực hiện cơ năng của vật. Khi một vật có khả năng thực hiện công cơ học mà không cần nó tự thực hiện thì ta nói vật đó có thế năng. Thế năng của vật để sinh công càng lớn thì cơ năng của vật càng lớn. Năng lượng cơ học của một vật thể được biểu thị bằng w tính bằng joules (j).

Ví dụ: Một quả cân đang đứng yên ở độ cao h so với mặt đất, tức là nó không sinh công. Nhưng do khả năng sinh công của nó (khi được thả hoặc ném) nên vật vẫn có thế năng.

Có hai dạng cơ năng chính là động năng và thế năng. Ở đâu:

• Cơ năng của vật ở một độ cao nhất định gọi là thế năng. Cơ năng của vật ở độ cao so với mặt đất hoặc ở vị trí được chọn làm mốc gọi là thế năng trọng trường. Khi một vật ở trên mặt đất, thế năng hấp dẫn bằng không. Vật có khối lượng càng lớn và vị trí càng cao thì thế năng trọng trường càng lớn. Trong khi đó, thế năng đàn hồi là cơ năng của vật phụ thuộc vào độ biến dạng của lò xo.

Cơ năng do một vật sinh ra do chuyển động của nó gọi là động năng. Vật càng nặng thì chuyển động càng nhanh và động năng càng lớn. Nếu vật đứng yên thì động năng bằng 0.

Sự bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động dưới tác dụng của trọng trường

Trọng lực là không gian trong đó các vật thể bị Trái đất hút (lực hấp dẫn). Khi một vật chuyển động trong trọng trường thì cơ năng của vật bằng tổng thế năng và động năng.

Ta có công thức tính cơ năng:

w = wđ + wt = 1/2mv2 + mgz.

Khi một vật chuyển động do trọng lực chỉ chịu tác dụng của trọng lực (không chịu tác dụng của lực cản, lực ma sát…) thì cơ năng của vật là đại lượng bảo toàn.

w = wđ + wt = const hay 1/2mv2 + mgz = const.

Hậu quả

Cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường biến đổi theo các định luật sau:

• Nếu động năng giảm thì thế năng tăng (lúc này động năng đã chuyển hóa thành thế năng) và ngược lại.
• Tại một vị trí xác định, động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại.

Cơ năng của vật khi chịu tác dụng của lực đàn hồi

Lực lò xo sinh ra do lò xo biến dạng. Khi vật chỉ chịu tác dụng của lực này (không có lực cản, ma sát…) thì cơ năng của vật bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi trong quá trình chuyển động, là đại lượng bảo toàn. .

Ta có công thức cơ học sau:

w = 1/2mv2 + 1/2k(Δl)2 = hằng số.

Bài tập vận dụng định luật bảo toàn cơ năng

Bài tập 1: Ném một vật theo phương thẳng đứng từ độ cao 10 m với vận tốc 10 m/s, cho g = 10 m/s2.

1. Tìm độ cao cực đại của vật kể từ mặt đất.
2. Wđ = 3 wt ở đâu?
3. Tính vận tốc của vật khi wđ = wt.
4. Tính vận tốc của vật này trước khi chạm đất.

Giải pháp:

1. Cơ năng tại o: w(o) = (1/2)m v02 + mgh.

Cơ năng tại a là: w(a) = mgh.

Theo định luật bảo toàn cơ năng: w(o) = w(a).

1. b) Tính h1 như sau: wđ1 = 3 wt3.

Ta gọi điểm c wđ1 = 3 wt3 .

Cơ năng tại c được tính như sau: w(c) = 4 wt1 = 4 mgh1.

Theo định luật bảo toàn cơ năng ta có công thức:

1. Tìm v2 sao cho wđ2 = wt2.

Gọi d là điểm wđ2 = wt2.

Cơ năng tại d được tính như sau: w(d) = 2 wđ2 = m v22

Theo định luật bảo toàn cơ năng: w(d) = w(a).

1. Cơ năng tại b được tính là: w(b) = (1/2)mv2.

Câu 2: Một vật được ném thẳng đứng lên cao từ độ cao h so với mặt đất với vận tốc 20 m/s. Khi chạm đất, vật có vận tốc 30 m/s, không kể lực cản của không khí. Lấy g = 10 m/s2.

1. Tính độ cao h.
2. Tính độ cao cực đại của vật so với mặt đất.
3. Vận tốc của vật là bao nhiêu khi động năng bằng 3 lần thế năng.

Giải pháp:

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ta có: w(o) = w(b).

1. Gọi a là độ cao lớn nhất mà vật đạt được. Theo đó:

Cơ năng tại a được tính như sau: w(a) = mgh.

Cơ năng tại b là: w(b)=(1/2)mv2.

Theo định luật bảo toàn cơ năng ta có phương trình: w(a) = w(b)

1. Cho c là điểm tại đó wđ(c) = 3wt(c).

Cơ năng tại c:

Theo định luật bảo toàn cơ năng ta có tích: w(c) = w(b).

Trên đây là những kiến ​​thức cơ bản về cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng. Hi vọng qua bài viết này các em học sinh đã nắm được phần nào về cơ học và có thể vận dụng vào giải các bài toán vật lý.