Hãy tưởng tượng trường hợp có một người dùng nhiều sức nâng một quả tạ, người ấy đang trong trạng thái cố định đứng yên thì người đó có thực hiện công không? Và tại sao ta cần nhận biết trường hợp nào xuất hiện công cơ học, trường hợp nào không? Để giải thích được công cơ học là gì? Và cách sử dụng công thức công cơ học vào giải bài tập Vật lý hiệu quả, mời các em cùng tìm hiểu bài viết dưới đây ngay cùng Wikihoc nhé.
Công cơ học là gì? Khi nào có công cơ học?
Để hiểu công cơ học là gì trước tiên ta sẽ phân biệt rõ hai trường hợp, trường hợp có thực hiện công cơ học và trường hợp không thực hiện công cơ học.
Ví dụ, bạn đẩy tay vào bức tường dù bạn dùng một lực rất lớn để đẩy nhưng không được coi là thực hiện công cơ học. Hay một lực sĩ cử tạ đang nâng quả tạ ở tư thế thẳng đứng cũng tốn nhiều sức lực, dù vậy ta cũng nói lực sĩ này không thực hiện công cơ học.
Vậy công cơ học xuất hiện khi nào? Khi cùng có tác dụng lực nên một vật, yếu tố để nhận định có thực hiện công cơ học là sự chuyển dời vị trí của vật.
Ta hiểu công cơ học như sau:
Công cơ học là hành động thực hiện trên một đối tượng, khi ấy gây ra một lực làm dịch chuyển đối tượng đó.
Nói theo cách khác (theo SGK Vật lý 8 bài 13): Thuật ngữ công cơ học chỉ dùng trong trường hợp có lực tác dụng vào vật làm vật chuyển dời.
Công cơ học thường gọi tắt là công
Ví dụ một số trường hợp có xuất hiện công cơ học là:
-
Bạn nhấc một chiếc túi từ dưới đất lên
-
Con bò đang kéo một chiếc xe dịch chuyển
-
Một người đang đi bộ trên dốc
-
Những trường hợp có lực tác dụng vào vật làm vật di chuyển khác…
Công cơ học phụ thuộc vào những yếu tố nào
Để có công được thực hiện thì cần phải có lực tác dụng, và lực khiến vật di chuyển gọi là công cơ học. Vậy công cơ học phụ thuộc vào hai yếu tố đó là:
-
Lực tác dụng vào vật. Đối với từng trường hợp thì có sự khác nhau giữa các lực tác dụng. Khi thì là lực kéo, khi thì lực đó lại là trọng lực (Ví dụ: Quả táo bị rơi từ trên cây xuống thì lực thực hiện công lúc này là trọng lực).
-
Quãng đường vật dịch chuyển.
Nếu muốn tăng hay giảm công, người ta sẽ cần tăng hoặc giảm một trong hai yếu tố này. Hoặc có trường hợp tăng/ giảm cả hai yếu tố cùng lúc tùy theo mục đích. Ta cũng có thể nói, quãng đường dịch chuyển càng dài thì công thực hiện càng lớn và ngược lại.
Công thức tính công cơ học
Khi có một F tác dụng lên vật, vật sau đó di chuyển một quãng đường là s, thì chúng ta có công thức tính công cơ học dựa vào F và s như sau:
Chú thích:
- A là công của lực F
- F: Lực tác dụng vào vật (đơn vị Niutơn: N)
- s: Quãng đường vật di chuyển (m)
Chú ý:
-
Đơn vị SI của công là Jun, kí hiệu là J: Định nghĩa là công thực hiện bởi một Niutơn làm dịch chuyển 1 đoạn có chiều dài là 1m.
-
1 J = 1 N.1m = 1 Nm, 1 kJ = 1000 J
-
Có nhiều đơn vị khác nhau nên khi giải bài tập học sinh cần chú đổi quy đổi đơn vị về đúng quy chuẩn với hai đơn vị Niutơn và mét.
Xem thêm: Tổng hợp kiến thức lực đẩy ác si mét (archimedes) & bài tập thực hành (Vật lý 8)
Lưu ý khi tính công cơ học
Khi tính công cơ học các em học sinh cần lưu ý gì?
Công thức tính công ở trên chỉ áp dụng trong trường hợp vật di chuyển cùng với phương của lực tác dụng.
-
Nếu vật di chuyển theo phương vuông góc với lực thì công thực hiện của lực đó bằng 0. Hay hiểu theo cách khác là lực tác dụng này không sinh công. Điều này giúp học sinh xác định rõ được đâu là lực sinh công khi tính toán.
Ví dụ một chiếc ô tô nằm yên trên đường và chịu tác dụng của trọng lực P. Trọng lực ở đây không sinh công vì nó tác dụng vào vật nhưng không khiến vật di chuyển. Ta tác dụng một lực F phương nằm ngang, chiều từ trái sang phải vào ô tô thì nó di chuyển. Lúc này trọng lực P có phương vuông góc với lực F. Vì thế lực P = 0 (hay không thực hiện công).
-
Trường hợp khác: Nếu vật chuyển dời không theo phương của lực thì công được tính bằng một công thức khác (đây là kiến thức nâng cao được học về sau).
Giải bài tập công cơ học vật lý 8
Để hiểu một cách kỹ càng về bài giảng công cơ học, dưới đây là những bài tập mẫu mà các em nên tham khảo
Câu C5 – SGK tr48: Đầu tàu hỏa kéo toa xe với lực F bằng 5000N làm toa xe đi được 1000m. Hãy tính công của lực kéo của đầu tàu?
Đáp án: A = F.s = 5000.1000 = 5 000 000 (J) ( = 5000 kJ)
Câu C6 – SGK tr48: Một quả dừa có khối lượng 2kg rơi từ trên cây cách mặt đất 6m. Hãy tính công của trọng lực?
Đáp án:
Ta tính được trọng lượng của vật là: P = 10.m = 10.2 = 20 (N)
Công của trọng lực là: A = F.s = 20.6 = 120 (J)
Câu C7 – SGK tr48: Tại sao không có công cơ học của trọng lực khi hòn bi chuyển động trên mặt sàn nằm ngang?
Đáp án: Vì hòn bi chuyển động trên mặt sàn nằm ngang, mà trọng lực có phương thẳng đứng vuông góc với phương chuyển động của vật nên không có công cơ học của trọng lực.
Câu 13.4 – SBT: Một con ngựa kéo xe chuyển động đều với lực kéo là 600N. Trong 5 phút công thực hiện được là 360 kJ. Tính vận tốc của xe.
Đáp án: Ta đổi A = 360 kJ = 360000 J
5 phút = 5.60s = 300s
Công thực hiện được của lực F được tính bằng công thức A = F.s
Quãng đường mà ngựa kéo xe được là: s = A/F = 360000 J/ 600 N = 600 m
Vậy vận tốc của xe là: v = s/t = 600 m/ 300s = 2 m/s
Câu 13.1 – SBT: Một nhóm học sinh đẩy một xe chở đất đi từ A đến B trên một đoạn đường bằng phẳng nằm ngang. Tới B họ đổ hết đất trên xe xuống rồi lại đẩy xe không đi theo đường cũ về A. So sánh công sinh ra ở lượt đi và lượt về. Câu trả lời nào sau đây là đúng?
A. Công ở lượt đi bằng công ở lượt về vì đoạn đường đi được như nhau.
B. Công ở lượt đi lớn hơn vì lực kéo ở lượt đi lớn hơn lực kéo ở lượt về.
C. Công ở lượt về lớn hơn vì xe không thì đi nhanh hơn.
D. Công ở lượt đi nhỏ hơn vì kéo xe nặng thì đi chậm hơn.
Đáp án: B
Câu 13.8 – SBT: Một vật trọng lượng 2N trượt trên mặt bàn nằm ngang được 0,5m. Công của trọng lực là?
A. 1J
B. 0J
C. 2J
D. 0,5J
Đáp án: B (Vì trọng lực có phương vuông góc với phương nằm ngang nên công của trọng lực bằng 0J)
Câu 13.11 – SBT: Một đầu tàu kéo một đoàn tàu chuyển động từ ga A tới ga B trong 15 phút với vận tốc 30km/h. Tại ga B đoàn tàu được mắc thêm toa và do đó chuyển động đến từ ga B đến ga C với vận tốc nhỏ hơn trước 10km/h. Thời gian đi từ ga B đến ga C là 30 phút. Tính công của đầu tàu đã sinh ra biết rằng lực kéo của đầu tàu không đổi là 40000N.
Đáp án:
Ta có: t1 = 15 phút = ¼ h
Gọi V1 là vận tốc chuyển động từ ga A tới ga B
Vận tốc chuyển động từ ga B đến ga C là V2 = V1 – 10 = 20 km/h
Ta tính đường quãng đường tàu đi được từ ga A tới ga B là: S1 = V1.t1 = 30.1/4 = 7,5 km
Quãng đường tàu đi từ ga B tới ga C là: S2 = V2.t2 = 20.1/2 = 10 km
Quãng đường đi từ ga A tới ga C là:
S = S1 + S2 = 7,5 + 10 = 17,5km = 17500 m
Vậy công của đầu tàu đã sinh ra là: A = F.s = 40000.17500 = 700000000 J
Kết luận
Qua bài viết trên, Wikihoc rất mong rằng các em đã hiểu hết về công cơ học là gì. Từ đó giải thích được trường hợp nào thực hiện công, trường hợp nào không thực hiện công. Ngoài ra cũng nhận biết được hai yếu tố ảnh hưởng tới tính công là độ lớn và quãng đường dịch chuyển của vật để từ đó biết cách giải những bài tập liên quan. Để có thêm nhiều bài học Vật lý hữu ích hơn, hãy theo dõi chuyên mục kiến thức cơ bản ngay hôm nay nhé !
