Cơ năng SVIP

1. Động năng và thế năng

Xác định biểu thức tính động năng

Khi chuyển động, vật có khả năng tác dụng lực lên vật khác và sinh công. Do đó, các vật chuyển động mang năng lượng, gọi là động năng. Vật có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn.

Ví dụ: Ô tô đang chuyển động trên đường, máy bay đang chuyển động trên bầu trời, ...

Động năng của vật được xác định bằng biểu thức:

\(W_đ=\dfrac{1}{2}mv^2\)

Trong đó:

• \(m\) là khối lượng của vật, đơn vị đo là kilôgam (kg);
• \(v\) là tốc độ của vật, đơn vị đo là mét/giây (m/s);
• \(W_đ\) là động năng của vật, đơn vị đo là jun (J).

Xác định biểu thức tính thế năng

Thế năng trọng trường, hay gọi tắt là thế năng, là năng lượng vật có được khi ở trên cao so với mặt đất (hoặc so với một vị trí khác được chọn làm mốc để tính độ cao). Giá trị của thế năng phụ thuộc vào mốc chọn để tính độ cao, hay còn gọi là gốc thế năng. Thông thường, gốc thế năng được chọn tại mặt đất.

​Ví dụ: Quyển sách nằm trên giá sách cao, đồng hồ treo trên tường, ...

Thế năng trọng trường được xác định bằng biểu thức:

\(W_t=Ph\)

Trong đó:

• \(P\) là trọng lượng của vật, đơn vị đo là niutơn (N);
• \(h\) là độ cao của vật so với vị trí được chọn làm mốc thế năng, đơn vị đo là mét (m);
• \(W_t\) là thế năng trọng trường, đơn vị đo là jun (J).

Lưu ý: Nếu vật ở mốc thế năng thì thế năng trọng trường (gọi tắt là thế năng) của vật bằng không.

2. Cơ năng và sự chuyển hóa năng lượng

Trong thực tế, một vật có thể vừa có động năng, vừa có thế năng.

Ví dụ: Dù lượn đang lướt trên không, vệ sinh nhân tạo đang quay xung quanh Trái Đất, ...

Tổng động năng và thế năng của vật được gọi là cơ năng, kí hiệu là \(W\), đơn vị là jun (J).

\(W=W_đ+W_t=\dfrac{1}{2}mv^2+Ph\)

Trong đó:

• \(W_đ\) là động năng của vật, đơn vị là jun (J);
• \(W_t\) là thế năng của vật, đơn vị là jun (J).

Ngày nay, nhiều máy móc có thể biến đổi các dạng năng lượng khác thành cơ năng và ngược lại.

• Trong động cơ xăng, nhiên liệu bị đốt cháy đã biến đổi hóa năng dự trữ trong nhiên liệu thành nhiệt năng rồi nhiệt năng tiếp tục biến đổi thành cơ năng để tạo lực đẩy cho ô tô, xe máy, ...
• Ở tháp điện gió, cơ năng của dòng không khí chuyển động (gió) đã biến đổi thành cơ năng của các cánh quạt và tuabin của máy phát điện rồi biến đổi thành điện năng.

Phân tích sự chuyển hóa năng lượng trong một số trường hợp đơn giản

Xét chuyển động của con lắc có cấu tạo gồm vật nặng được treo ở đầu một sợi dây nhẹ, không dãn. Từ vị trí cân bằng O ban đầu, vật nặng được kéo lệch lên một độ cao h tại A rồi thả nhẹ. Khi đó, con lắc sẽ dao động xung quanh vị trí O. 

Chọn gốc thế năng tại O.

• Khi đi từ A đến O, vật nặng có độ cao giảm dần và tốc độ tăng dần. Thế năng của vật đang chuyển hóa dần thành động năng.
• Khi đi từ O đến B, vật nặng có tốc độ giảm dần và độ cao tăng dần. Động năng của vật đang chuyển hóa dần thành thế năng.

Như vậy, trong quá trình chuyển động, động năng và thế năng của vật có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau.

Lưu ý: Trong quá trình chuyển động của vật, nếu lực cản rất nhỏ, ta có thể bỏ qua phần cơ năng chuyển hóa thành năng lượng khác. Khi đó, cơ năng được bảo toàn.

1. Động năng được xác định bằng biểu thức:

\(W_đ=\dfrac{1}{2}mv^2\)

Trong đó: \(W_đ\) (J) là động năng của vật, \(m\) (kg) là khối lượng của vật, \(v\) (m/s) là tốc độ chuyển động của vật.

2. Thế năng của một vật ở gần mặt đất được xác định bởi biểu thức:

\(W_t=Ph\)

Trong đó: \(W_t\) (J) là thế năng của vật, \(P\) (N) là trọng lượng của vật, \(h\) (m) là độ cao của vật so với mặt đất (hoặc vật được chọn làm mốc).

3. Trong quá trình vật chuyển động, động năng và thế năng của vật có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau.