Vật lí 10 Bài 23: Năng lượng. Công cơ học
Mục tiêu và kiến thức nền
Tính công của lực không đổi; xác định công dương, âm, bằng không và liên hệ truyền năng lượng.
Chuẩn bị: đọc đơn vị, đổi đơn vị SI và tính toán với số, vectơ đơn giản.
Lực có thể truyền năng lượng
Khi lực tác dụng và điểm đặt dịch chuyển, lực có thể thực hiện công. Với lực không đổi và chuyển dời thẳng, công phụ thuộc thành phần lực theo hướng chuyển dời. Mang vật đứng yên dù mỏi tay vẫn không tạo công cơ học lên vật do lực đỡ, vì điểm đặt không dịch chuyển.
Góc giữa lực và chuyển dời
Công A = Fs cosα với α là góc giữa lực và độ dịch chuyển. α nhỏ hơn 90° cho công dương; lớn hơn 90° cho công âm; vuông góc cho công bằng 0. Công là đại lượng vô hướng nhưng có dấu. Khi lực thay đổi, không thay tùy tiện một giá trị lực vào công thức lực không đổi.
Năng lượng không tự sinh ra
Năng lượng có thể truyền giữa các vật và chuyển dạng. Ma sát làm giảm cơ năng nhưng năng lượng chuyển thành nhiệt và các dạng khác. Vì vậy nói mất cơ năng không đồng nghĩa năng lượng toàn bộ biến mất. Đơn vị công và năng lượng là joule, 1 J = 1 N·m.
Công thức và điều kiện áp dụng
Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Kéo chếch
Kéo bằng lực 50 N hợp hướng chuyển dời ngang góc 60°, đi 4 m. A = 50×4×cos60° = 100 J. Phần lực vuông góc chuyển dời không góp công.
Ví dụ 2. Ma sát làm công âm
Ma sát 8 N ngược chiều vật trượt 3 m: A_ms = 8×3×cos180° = −24 J. Độ giảm cơ năng liên quan công lực ma sát trong tình huống phù hợp, không phải lực ma sát có độ lớn âm.
Lỗi thường gặp
- Công âm không có nghĩa lực âm.
- Góc phải là giữa lực và chuyển dời.
- Lực lớn nhưng không có dịch chuyển vẫn có công bằng 0.
Tự kiểm tra và vận dụng
Thử trả lời trước khi mở lời giải. Để nhập đáp án, làm từng ý đúng/sai và luyện cả chủ đề, chọn bộ luyện ở cuối bài.
Câu 1. Lực vuông góc chuyển dời thì công bằng
Xem đáp án và lời giải
Đáp án C. cos90° = 0 nên A = 0.
Câu 2. Lực 20 N cùng hướng chuyển dời 3 m. Công bằng bao nhiêu J?
Xem đáp án và lời giải
Đáp án: 60. A = 20×3 = 60 J.
Câu 3. Vật trượt trên sàn ngang.
- Ma sát trượt thường làm công âm.
- Trọng lực làm công bằng 0 trên chuyển dời ngang.
- Công là đại lượng vectơ.
- Đơn vị công là J.
Xem đáp án và lời giải
a) Đúng: ma sát ngược hướng trượt. b) Đúng: trọng lực vuông góc chuyển dời. c) Sai: công vô hướng có dấu. d) Đúng.
Câu 4. Kéo vật bằng lực 40 N nghiêng 60° so với hướng chuyển dời 5 m. Tính công lực kéo.
Xem đáp án và lời giải
A = 40×5×cos60° = 100 J, công dương.
Câu 5. Nâng đều vật 2 kg lên 1,5 m, g = 10 m/s². Tính công lực nâng và trọng lực.
Xem đáp án và lời giải
Lực nâng bằng mg = 20 N. Công nâng = 20×1,5 = 30 J. Trọng lực ngược chuyển dời nên công trọng lực = −30 J. Tổng công bằng 0, phù hợp tốc độ không đổi.
Câu 6. Một học sinh giữ cặp đứng yên 1 phút. Lực tay có làm công cơ học lên cặp không?
Xem đáp án và lời giải
Không, vì điểm đặt lực trên cặp không dịch chuyển. Cơ thể vẫn tiêu hao năng lượng sinh học; đó là quá trình khác với công cơ học lên cặp.
Sơ đồ ghi nhớ
- Chọn lực cần tính công
- Xác định s và góc
- Tính Fs cosα
- Giải thích dấu công
Học tiếp và luyện tập
Biên soạn: Gia Sư SV.