Định luật về công được phát biểu ngắn gọn và đơn giản, tuy nhiên để hiểu được bản chất ta cần phân tích rõ ví dụ hay thí nghiệm liên quan. Nhằm giúp các em học sinh dễ dàng nhớ được và áp dụng được định luật công trong giải bài tập vật lý 8, đặc biệt vào trong đời sống. Bài viết dưới đây Wikihoc sẽ giải thích định luật về công một cách chi tiết và đầy đủ nhất. Hãy cùng xem ngay nào !
Công là gì?
Trước khi tìm hiểu về định luật về công, ta cùng nhắc lại kiến thức công là gì hay công cơ học là gì? Ví dụ một người dùng tay kéo chiếc vali từ vị trí A đến B thì ta nói người đó đang thực hiện công. Vậy trong những trường hợp có lực tác dụng vào vật làm vật di chuyển ta nói trường hợp đó có công cơ học.
Đơn vị của công là Jun (kí hiệu là J), ta có 1J = 1N.1m = 1 Nm
Phát biểu nội dung định luật về công
Định luật về công được phát biểu như sau
Định luật về công: Không một máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về công. Được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.
Chú thích: Máy cơ đơn giản thường gặp bao gồm: Ròng rọc, đòn bẩy, mặt phẳng nghiêng.. (kiến thức Vật lý 6). Các máy cơ đơn giản này có thể cho ta được lợi về lực nhưng lại thiệt về công.
Để chứng minh định luật trên, ta cùng kiểm chứng qua thí nghiệm đã được thực hiện thành công như sau:
Trường hợp 1: Người ta dùng một lực kế treo quả nặng A theo phương thẳng đứng, sau đó kéo quả nặng trực tiếp lên một đoạn dài 2 cm = 0,02 m. Lực nâng của tay (F) có độ lớn bằng trọng lượng P của quả nặng và bằng 1,5 N
Vậy ta tính được công A thực hiện được trong trường hợp này là: A = F.s = 1,5.0,02 = 0,03 J
Trường hợp 2: Thay vì dùng tay, ta dùng một ròng rọc động để kéo quả nặng lên một đoạn bằng 4 cm (=0,04 m). Kéo một cách từ từ để số chỉ của lực kế không bị thay đổi, lực nâng của tay bằng số chỉ của lực kế. Khi kéo vật lên quãng đường 2 cm thì ròng ròng đi quãng được đo được là 4cm, lực ở tay tác dụng đo được = 0,75 N.
Ta tính được công thực hiện khi kéo vật qua ròng rọc động là: 0,75.0,04 = 0,03 J
Nhận xét về hai trường hợp trên:
-
Quãng đường ròng rọc đi được lớn hơn gấp 2 lần quãng đường vật đi lên trực tiếp
-
Lực kéo vật lên trực tiếp lớn hơn nhưng quãng đường di chuyển vật ngắn hơn
-
Lực kéo vật lên qua ròng rọc động nhỏ hơn nhưng quãng đường di chuyển vật lại lâu hơn.
-
Công của hai lực là bằng nhau
Qua trên ta kết luận được rằng: Khi dùng ròng rọc động nó giúp ta được lợi hai lần về lực nhưng đồng thời thiệt hại hai lần về đường đi. Có nghĩa là ta không được lợi gì về công khi dùng ròng rọc động. Vậy qua đây ta hiểu rõ hơn được về định luật công cơ học đã phát biểu ở bên trên.
Định luật công đối với các loại máy cơ đơn giản
Từ định luật công đối với ròng rọc động ta cũng áp dụng nó trên những loại máy cơ đơn giản khác như dưới đây. Hiểu được nguyên lý hoạt động của mỗi loại máy sẽ giúp tính toán, lựa chọn loại máy phù hợp trong đời sống. Qua đây ta cũng chứng minh được rằng không có loại máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về công.
Ròng rọc cố định
Ròng rọc cố định gồm bánh xe có rãnh để vắt dây qua. Trục bánh xe được mắc cố định
Tác dụng: Khi kéo vật lên, ròng rọc cố định chỉ có tác dụng làm đổi hướng kéo vật so với khi kéo trực tiếp.
Vậy ta nói: Ròng rọc cố định không cho lợi về lực và đường đi, do đó cũng không có lợi về công.
Ròng rọc động
Ròng rọc động có tác dụng biến đổi độ lớn của lực.
Dùng ròng rọc động cho ta lợi 2 lần về lực, cũng thiệt hai lần về đường đi nên cũng không có lợi về công.
Đòn bẩy
Đòn bẩy có thể lợi về lực, thiệt về đường đi hoặc có lợi về đường đi nhưng thiệt về lực nhưng không có lợi về công.
Mặt phẳng nghiêng
mặt phẳng nghiêng bao gồm một mặt phẳng có các điểm đầu và điểm cuối ở độ cao khác nhau. Mặt phẳng nghiêng có lợi về lực nhưng thiệt về đường đi. Nên ta nói mặt phẳng nghiêng không có lợi về công.
Hiệu suất của máy cơ đơn giản
Hiệu suất của máy cơ đơn giản là gì? Trên thực tế ta thấy trong mỗi máy cơ đơn giản bao giờ cũng tồn tại ma sát. Để nâng vật lên với máy cơ thì tốn một công gọi là A2, và gọi công nâng vật lên khi không có ma sát là A1
Ta thấy A2 luôn luôn lớn hơn A1 bởi công mà máy cơ đơn giản dùng để nâng vật phải tiêu tốn thêm một phần công để thắng ma sát. Công A2 được gọi là công toàn phần, còn công A1 gọi là công ích (Còn công để thắng ma sát gọi là công hao phí)
Công toàn phần = Công ích + Công hao phí
Từ A1 và A2 ta có tỷ số A1/A2 được gọi là hiệu suất của máy.
Kí hiệu hiệu suất của máy cơ đơn giản là H.
Mở rộng: Công thức tính hiệu suất của một máy cơ đơn giản là:
H = (A1/A2). 100 %
- H: Hiệu suất của máy cơ đơn giản
- A1: Công có ích (J)
- A2: Công toàn phần (J)
Do A2 luôn lớn hơn A1 nên hiệu suất luôn luôn nhỏ hơn 100%
Xem thêm: Tổng hợp kiến thức về công cơ học & bài tập thực hành vật lý 8
Giải bài tập định luật về công vật lý 8
Câu 1: Kéo đều hai thùng hàng, mỗi thùng nặng 500N lên sàn ô tô cách mặt đất 1m bằng tấm ván đặt nghiêng (ma sát gần như không có). Kéo thùng thứ nhất ta dùng tấm ván dài 4m. Kéo thùng thứ 2 dùng tấm ván dài 2m. Hỏi:
a, Trong trường hợp nào thì kéo với lực nhỏ hơn và nhỏ hơn bao nhiêu lần?
b, Trường hợp nào phải tốn nhiều công hơn?
c, Tính công của lực kéo thùng hàng theo mặt phẳng nghiêng lên sàn ô tô.
Đáp án:
a, Vì mặt phẳng nghiêng là máy cơ đơn giản không cho lợi về công nên được lợi hai lần về đường đi thì thiệt hai lần về lực. Tấm ván dài 4m dài gấp 2 lần tấm ván dài 2m nên lực để kéo tấm ván thứ nhất nhỏ hơn 2 lần lực kéo tấm ván thứ 2.
b, Công ở hai trường hợp bằng nhau
c, Công kéo vật theo mặt phẳng nghiêng bằng công kéo vật trực tiếp theo phương thẳng đứng.
A = P.h = 500. 1 = 500 (J)
Câu 2: Người ta đưa một vật nặng lên độ cao h bằng hai cách. Cách thứ nhất, kéo trực tiếp vật lên theo phương thẳng đứng. Cách thứ hai, kéo vật theo mặt phẳng nghiêng có chiều dài gấp hai lần độ cao h. Nếu bỏ qua ma sát ở mặt phẳng nghiêng thì:
A. Công thực hiện ở cách thứ hai lớn hơn vì đường đi gấp hai lần.
B. Công thực hiện ở cách thứ hai nhỏ hơn vì lực kéo vật theo mặt phẳng nghiêng nhỏ hơn.
C. Công thực hiện ở cách thứ nhất lớn hơn vì lực kéo lớn hơn.
D. Công thực hiện ở cách thứ nhất nhỏ hơn vì đường đi của vật chỉ bằng nửa đường đi của vật ở cách thứ hai.
E. Công thực hiện ở hai cách đều như nhau.
Đáp án: E
Câu 3: Có hai công nhân hàng ngày phải chất các thùng sơn, mỗi thùng nặng 500N lên xe tải, mỗi xe chở được 5 tấn, sàn xe cách mặt đất 0,8m. Một người chủ trương khiêng thẳng thùng sơn lên xe, một người dùng ván nghiêng, rồi đẩy cho thùng sơn lên.
a, Trong hai cách làm này, cách nào lợi hơn về công? Cách thứ nhất có lợi về mặt nào? Cách thứ hai có lợi về mặt nào?
b, Tính công mà mỗi công nhân phải sản ra để chất đầy một xe. Bỏ qua ma sát trong các trường hợp.
Đáp án:
a, Trong cả hai cách công thực hiện là như nhau. Cách thứ nhất cho lợi về đường đi. Cách thứ hai cho lợi về lực.
b, Khi chất đầy một xe thì mỗi công nhân phải thực hiện công để đưa trọng lượng của 5 tấn (5000 kg) sơn (P = 10.m = 10.5000 = 50000 N) lên cao 0,8 m.
Vậy công mà mỗi công nhân phải sản ra để chất đầy một xe hàng là:
A= P. h = 50000.0,8 = 40000J.
Câu 4: Phát biểu nào dưới đây là đúng khi nói về máy cơ đơn giản?
A. Các máy cơ đơn giản không cho lợi về công.
B. Các máy cơ đơn giản chỉ cho lợi về lực.
C. Các máy cơ đơn giản luôn bị thiệt về đường đi.
D. Các máy cơ đơn giản cho lợi về cả lực và đường đi.
Đáp án: A
Câu 5: Dùng một palăng để đưa một vật nặng 200N lên cao 20cm, người ta phải dùng một lực F kéo dây đi một đoạn 1,6 m. Tính lực kéo dây và công đã sinh ra. Giả sử ma sát ở các ròng rọc là không đáng kể.
Đáp án: Vì s = 1,6m; h = 20cm = 0,2m nên đường đi s của lực kéo F gấp 8 lần đường đi của vật. Vậy ta được lợi 8 lần về lực.
⇒ lực kéo dây là: F = P/8 = 25 N
Vậy công sinh ra là: A = F.s = 25.1,6 = 40J
Bài viết trên đã giải đáp toàn bộ định luật về công cho các em học sinh. Wikihoc hy vọng với khối lượng kiến thức này, các em đều hiểu rõ bản chất và biết cách áp dụng chúng vào thực tế sau này.
