Cơ năng là gì? Công thức tính cơ năng

Cơ năng là một khái niệm quan trọng trong vật lý. Tuy nhiên, không ít học sinh gặp khó khăn trong việc xác định cơ năng là gì và các công thức liên quan tới cơ năng. Dưới đây là bài viết tổng hợp kiến thức về cơ năng kèm bài tập cụ thể.

Khái niệm cơ năng là gì?

Cơ năng là 1 đại lượng vật lý biểu lộ năng lực thực thi công cơ học của một vật. Ta nói một vật có cơ năng là khi vật đó có năng lực thực thi công cơ học, chứ không cần vật đã thực thi công. Nếu vật có tiềm năng thực thi công càng lớn thì cơ năng của vật càng lớn. Cơ năng của vật được ký hiệu là W và được tính bằng đơn vị chức năng Jun ( J ) .
Ví dụ : Một vật nặng đang đứng yên ở độ cao h so với mặt đất, tức là nó không thực thi công. Nhưng vì nó có năng lực triển khai công ( khi được thả hay ném ) nên vật đó vẫn có cơ năng .
Cơ năng là gì?

Cơ năng có 2 dạng chính là động năng và thế năng. Trong đó:

  • Cơ năng của vật khi ở một độ cao nhất định gọi là thế năng. Cơ năng của vật ở độ cao so với mặt đất hoặc so với một vị trí được chọn làm mốc, gọi là thế năng mê hoặc. Thế năng mê hoặc bằng 0 khi vật nằm trên mặt đất. Vật có khối lượng càng lớn và ở vị trí càng cao thì thế năng mê hoặc càng lớn. Trong khi đó, thế năng đàn hồi là cơ năng của vật phụ thuộc vào vào độ biến dạng của lò xo .
  • Cơ năng của vật do hoạt động tạo ra gọi là động năng. Vật có khối lượng càng nặng và hoạt động càng nhanh thì động năng càng lớn. Nếu vật đứng yên thì động năng bằng 0 .

Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường

Trọng trường là khoảng trống trong đó những vật chịu sức hút của Trái Đất ( trọng tải ). Khi một vật hoạt động trong trọng trường, cơ năng của một vật bằng tổng thế năng và động năng của vật đó .
Trọng trường là trường hấp dẫn xung quanh Trái Đất 
Ta có công thức tính cơ năng :
W = Wđ + Wt = 50% mv2 + mgz .
Khi một vật hoạt động trọng trường chỉ chịu công dụng của trọng tải ( không có công dụng của lực cản, lực ma sát … ) thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn .
W = Wđ + Wt = const hay 50% mv2 + mgz = const .
Hệ quả
Cơ năng của vật hoạt động trong trọng trường biến thiên theo quy luật sau :

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

Cơ năng của một vật khi chịu tác động của lực đàn hồi

Lực đàn hồi được gây bởi sự biến dạng của một lò xo. Khi một vật chỉ chịu công dụng của lực này ( không có công dụng của lực cản, lực ma sát … ), thì trong quy trình hoạt động, cơ năng của vật bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi là đại lượng bảo toàn .
Cơ năng chịu tác động của lực đàn hồi
Ta có công thức cơ năng như sau :
W = 50% mv2 + 50% k ( ∆ l ) 2 = const .

Bài tập vận dụng định luật bảo toàn cơ năng

Bài 1 : Một vật được ném thẳng đứng lên cao từ độ cao 10 m với tốc độ 10 m / s, lấy g = 10 m / s2 .

  1. Tìm độ cao cực lớn vật hoàn toàn có thể đạt được so với mặt đất .
  2. Wđ = 3 Wt khi ở vị trí nào ?
  3. Tính tốc độ của vật này khi Wđ = Wt .
  4. Tính tốc độ của vật này trước khi chạm đất .

Lời giải :
Chọn gốc thế năng tại mặt đất

  1. Cơ năng tại O : W ( O ) = ( 50% ) m v02+ mgh .

Cơ năng tại A được tính bằng : W ( A ) = mgh .
Dựa theo định luật bảo toàn cơ năng : W ( O ) = W ( A ) .
Độ cao cực đại của vật so với mặt đất

  1. b ) Tính h1để : Wđ1= 3 W

    t3

    .

Chúng ta gọi C là điểm có Wđ1 = 3 Wt3 .
Cơ năng tại C được tính bằng : W ( C ) = 4 Wt1 = 4 mgh1 .
Theo định luật bảo toàn cơ năng, ta có công thức :
Vị trí của vật khi Wđ = 3 Wt

  1. Tìm v2để Wđ2= Wt2.

Gọi D là điểm có Wđ2 = Wt2 .
Cơ năng tại D được tính bằng : W ( D ) = 2 Wđ2 = m v22
Căn cứ vào định luật bảo toàn cơ năng : W ( D ) = W ( A ) .
Vận tốc của vật khi Wđ = Wt

  1. Cơ năng tại B được tính bằng : W ( B ) = ( 50% ) mv2.

Vận tốc của vật trước khi chạm đất
Bài 2 : Một vật được ném thẳng đứng lên cao từ độ cao h so với mặt đất với tốc độ là 20 m / s. Khi chạm đất tốc độ của vật là 30 m / s, không tính sức cản không khí. Lấy g = 10 m / s2 .

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

Lời giải :
Chọn gốc thế năng tại mặt đất (tại B)
Độ cao h
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng, ta có : W ( O ) = W ( B ) .

  1. Gọi A là độ cao cực lớn vật hoàn toàn có thể đạt được. Theo đó :

Cơ năng tại A được tính bằng : W ( A ) = mgh .
Cơ năng tại B được tính bằng : W ( B ) = ( 50% ) mv2 .
Theo định luật bảo toàn cơ năng, ta có phương pháp : W ( A ) = W ( B )
Độ cao cực đại của vật so với mặt đất

  1. Gọi C là điểm mà Wđ( C ) = 3Wt

    (C).

Cơ năng tại C :
Công thức tính cơ năng tại C
Từ định luật bảo toàn cơ năng, ta có cách tích : W ( C ) = W ( B ) .
Vận tốc của vật khi động năng bằng 3 lần thế năng
Trên đây là kiến thức và kỹ năng cơ bản cần nắm được về cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng. Hy vọng qua bài viết này, những bạn học viên đã hiểu rõ về cơ năng và hoàn toàn có thể vận dụng trong việc giải những bài tập vật lý của mình .

0 0 votes
Article Rating
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
0
Hãy cùng bình luận và nêu quan điểm cho vui nhé!x
()
x