1.1. Động năng
a. Khái niệm động năng
– Chúng ta đã biết động năng của một vật là năng lượng mà vật có được do chuyển động.
– Một vật có khối lượng m đang chuyển động với tốc độ v thì động năng là: \({{\rm{W}}_{\rm{d}}} = \frac{1}{2}m{v^2}\) (25.1)
– Trong hệ đơn vị SI, đơn vị động năng là jun (J)
– Qua các ví dụ về năng lượng sóng, chuyển động của thiên thạch, chuyển động của mũi tên trong phần câu hỏi bên, ta thấy vật đang chuyển động có khả năng thực hiện công. Ta nói rằng vật đó mang năng lượng dưới dạng động năng.
Bài tập ví dụ 1
Một vận động viên quần vợt thực hiện cú giao bóng kỉ lục, quả bóng đạt tới tốc độ 196 km/h. Biết khối lượng quả bóng là 60 g. Tính động năng của quả bóng.
Giải
Động năng của quả bóng được tính theo công thức:
\({{\rm{W}}_{\rm{d}}} = \frac{1}{2}m{v^2}\)
Thay số :
\({{\rm{W}}_{\rm{d}}} = \frac{1}{2}.0,06.{\left( {196.1000.\frac{1}{{3600}}} \right)^2} \approx 89J\)
b. Liên hệ giữa động năng và công của lực
– Xét một vật khối lượng m chuyển động thẳng biến đổi đều với gia tốc a từ trạng thái đứng bên dưới tác dụng của lực không đổi F. Sau khi đi được quãng đường , vật đạt tốc độ v thì: v2 = 2.a.s.
– Vì \(a = \frac{F}{m}\) nên \({v^2} = \frac{{2.F.s}}{m}\) và \(\frac{1}{2}.m.{v^2} = F.s \to {{\rm{W}}_d} = A\) (25.2)
– Như vậy, nếu ban đầu vật đứng yên thì động năng của vật có giá trị bằng công của lực tác dụng lên vật.
Động năng là năng lượng mà vật có được do chuyển động: Wđ =\(\frac{1}{2}.m.{v^2}\) có giá trị bằng công của lực làm cho vật chuyển động từ trạng thái đứng yên đến khi đạt được vận tốc đó. |
---|
1.2. Thế năng
a. Khái niệm thế năng trong trường
– Chúng ta đã biết một vật đặt ở độ cao h so với mặt đất thì lưu trữ năng lượng dưới dạng thế năng. Vì thế năng này liên quan đến trọng lực nên được gọi là thế năng trọng trường (thường được gọi tắt là thế năng), với độ lớn được tính bằng công thức: Wt = Ph= m.g.h.
– Đơn vị thế năng trong trường là jun (J).
– Độ lớn của thế năng trong trường phụ thuộc vào việc chọn mốc tính độ cao. Thường người ta tính độ cao của các vật so với mặt đất được coi là có độ cao bằng 0.
Bài tập ví dụ 2
Máy đóng cọc có đầu búa nặng 0,5 tấn, được nâng lên độ cao 10 m so với mặt đất. Tính thế năng của đầu búa. Lấy g = 9,8 m/s2.
Giải
– Thế năng của đầu búa được tính theo công thức: Wt = m.g.h= 500.9,8.10 = 49 000 J = 49 kJ
– Vì độ cao h phụ thuộc vào vị trí được chọn làm mốc liên thế năng cũng phụ thuộc vào vị trí được chọn làm mốc.
– Trong trọng trường, hiệu thế năng giữa hai điểm chỉ phụ thuộc vào chênh lệch độ cao theo phương thẳng đứng mà không phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai điểm.
b. Liên hệ giữa thế năng và công của lực thế
– Muốn đưa một vật có khối lượng m từ mặt đất lên một độ cao h, ta phải tác dụng vào vật lực nâng F có độ lớn bằng trọng lượng P của vật. Công mà lực nâng F thực hiện là: A = F.s = P.h = m.g.h = Wt
– Vậy thế năng của vật ở độ cao h có độ lớn bằng công của lực dùng để nâng vật lên độ cao này.
Thế năng của vật trong trường trọng lực là năng lượng lưu trữ trong vật do độ cao của vật so với gốc thế năng: Wt = m.g.h, có giá trị bằng công của lực để đưa vật từ gốc thế năng đến độ cao đó. |
---|