[Vật lý 10] Động năng – Thế năng – Cơ năng là gì?

Bài học hôm nay của chúng ta sẽ đều cập đến Động năng, Thế năng, Cơ năng – là các dạng năng lượng của một vật. Cùng bắt tay vào học ngay thôi nhé!

Bạn đang xem bài viết: Động năng – Thế năng – Cơ năng

Động năng là gì

Năng lượng

• Mọi vật xung quanh ta đều mang năng lượng.
• Sự trao đổi năng lượng có thể diễn ra dưới những dạng khác nhau:
  +Thực hiện công

+Truyền nhiệt

+Phát ra các tia mang năng lượng

Động năng

• Động năng là dạng năng lượng mà một vật có được do nó đang chuyển động
• Đơn vị của động năng là Jun (J)

Công thức tính động năng

Động năng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là năng lượng (kí hiệu W_đ) mà vật đó có được do nó đang chuyển động và được xác định theo công thức:

W_đ = 1/2.mv²

Công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng

• Động năng của một vật biến thiên khi các lực tác dụng lên vật sinh công, ta có:

A = 1/2.mv₂² – 1/2.mv₁²

• Hệ quả: Khi lực tác dụng lên vật sinh công dương thì động năng của vật tăng và ngược lại.

Xem thêm: [Vật lý 10] Chuyển động thẳng biến đổi đều và bài tập luyện tập

Bài tập vận dụng động năng

Vật nặng 2kg chuyển động với vận tốc v = 5m/s đến va chạm với vật có cùng khối lượng đang đứng yên một chỗ. Sau va chạm, hai vật chuyển động theo hai hướng khác nhau hợp với phương chuyển động ban đầu các góc lần lượt là 30⁰,60⁰. Tính động năng từng vật trức và sau khi va chạm. Chứng minh động năng của hệ va chạm được bảo toàn.

Hướng dẫn:

Thế năng là gì

Thế năng trọng trường

• Xung quanh trái đất tồn tại một trọng trường.
• Biểu hiện trọng trường là sự xuất hiện của trọng lực tác dụng lên một vật khối lượng m đặt tại một vị trí bất kì trong khoảng không gian có trọng trường.
• Ta có công thức trọng lực: 

Trong đó:

+ m: khối lượng của vật

+ →g: gia tốc trọng trường

• Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.
• Khi một vật khối lượng m đặt ở độ cao z so với mặt đất (trong trọng trường của Trái Đất) thì thế năng trọng trường của vật được định nghĩa bằng công thức W_t = mgz

=> Khi tính thế năng ta phải chọn mốc thế năng để tính độ cao z, ta chọn chiều dương hướng lên.

Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực

Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N thì công của trọng lực của vật có giá trị bằng hiệu thế năng trong trường tại M và N.

 A_MN = W_t (M) – W_t (N)

Hệ quả: Trong quá trình chuyển động của một vật trong trọng trường:

+ Khi vật giảm tốc độ, thế năng của vật giảm thì trọng lực sinh công dương.

+ Khi vật càng cao, thế năng của vật tăng thì trọng lực sinh công âm.

Thế năng đàn hồi

Khi một vật biến dạng thì nó có thể sinh công. Lúc đó vật có một dạng năng lượng gọi là thế năng đàn hồi. Như vậy thế năng đàn hôi là dạng năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.

Công thức thế năng đàn hồi của một lò xo ở trạng thái có biến dạng ∆l là:

Wt=1/2.k(Δl)²

=> Trong thế năng đàn hồi, ta cũng phải chọn mốc thế năng (Khi không giãn) là vị trí mà từ đó ta tính được độ biến dạng của vật.

Bài tập vận dụng thế năng

Một vật nặng 1kg đang ở cách mặt đất một khoảng H = 20m. Ở chân đường thẳng đứng đi qua vật có một cái hố sâu h=5m. Cho g=10m/s

a. Tính thế năng của vật khi chọn gốc thế năng là đáy hố

b. Cho vật rơi không vận tốc ban đầu, tìm vận tốc của vật khi chạm đát hố. Bỏ qua sức cản của không khí.

c. Với gốc thế năng là mặt đất thì thế năng của vật khi nằm ở đáy hố bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Cơ năng là gì

Trong chương trình Vật lý 10, ta sẽ học về 2 dạng cơ năng của vật sau đây:

Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường

Khi một vật chuyển động trong trọng trường thì tổng động năng và thế năng của vật được gọi là cơ năng.

Ta có:

W = W_đ + W_t = 1/2.mv² + mgz

Khi một vật chuyển động trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật là một đại lượng được bảo toàn.

         W = W_đ + W_t = const    hay    1/2. mv² + mgz = const

Hệ quả: 

Trong quá trình chuyển động của một vật trong trọng trường:

– Nếu động năng giảm thì thế năng tăng và ngược lại.

– Tại vị trí nào động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại

Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi

Cơ năng của vậy chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi được tính bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật

         W =  1/2.mv² + 1/2.k(∆l)² 

Khi một vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi gây bởi dự biến dạng của một lò xo đàn hồi thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn:

 W =  1/2.mv² + 1/2.k(∆l)² = const

Hay: 1/2.mv² + 1/2.k(∆l)²= 1/2.mv²+ 1/2.k(∆l)² = ….

Lưu ý: Định luật bảo toàn cơ năng chỉ đúng khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của trọng lực và lực đàn hồi. Nếu vật chịu tác dụng của lực cản, lực ma sát,… thì cơ năng của vật biến đổi. Công của các lực cản, lực ma sát,… sẽ bằng độ biến thiên của cơ năng. 

Bài tập vận dụng cơ năng

Một vật được ném lên theo phương thẳng đứng từ một điểm A cách mặt đật khoảng 4m. Người ta thấy vật rơi chạm đất với vận tốc có độ lớn 12 m/s. Cho g = 10 m/s

a. Xác định vận tốc khi vật được ném. Tính độ cao cực đại mà vật có thể đạt được

b. Nếu vật được ném thẳng đứng xuống dưới vận tốc bằng 4 m/s thì vận tốc của vật khi chạm đất bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Tổng kết

Như vậy congthuctoanlyhoa.com vừa tổng hợp kiến thức liên quan đến 3 phần Động năng, Cơ năng, Thế năng. Chúc các bạn học tập và thực hành thật tốt nhé!