Cơ năng là gì? Công thức tính và định luật bảo toàn cơ năng

Trong chương trình Vật lý đã được học ở THPT chúng ta đã quá quen thuộc với cơ năng. Tuy nhiên, khái niệm chính xác nhất của cơ năng là gì? Và định luật bảo toàn cơ năng được hiểu ra sao? Câu trả lời sẽ có trong bài viết dưới đây của chúng tôi các bạn nhé!

Cơ năng là gì ?

Chúng ta được học cơ năng ở lớp 8 và lớp 10. Dựa theo định nghĩa về cơ năng Vật lý 8 thì khi 1 vật có năng lực sinh công thì ta hoàn toàn có thể nói là vật đó có cơ năng hoặc cơ năng của một vật. Nếu vật đó hoàn toàn có thể triển khai công càng lớn thì cơ năng của nó cũng càng lớn. Cơ năng là một đại lượng được tính bằng đơn vị chức năng Jun, có ký hiệu là : J .

Nếu dựa theo định nghĩa cơ năng vật lý 10 thì cơ năng được hiểu là khi một vật sống sót hoạt động trong trọng trường thì tổng những động năng và thế năng của nó sẽ được gọi là cơ năng. Cơ năng của một vật hoàn toàn có thể dương, hoàn toàn có thể âm mà cũng hoàn toàn có thể là bằng không .

Hai dạng cơ năng thông dụng là gì ?

Theo các nghiên cứu thì có 2 dạng cơ năng cơ bản đó là thế năng và động năng.

Thế năng

Thế năng đơn thuần chỉ là một đại lượng thường dùng trong bộ môn Vật lý học. Nó biểu lộ cho năng lực sinh công của một vật và nó sống sót dưới dạng nguồn năng lượng. Hiện nay đang có hai dạng thế năng là thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi. Mỗi loại thế năng đều có những đặc thù riêng để hoàn toàn có thể vận dụng và đo lường và thống kê sao cho hài hòa và hợp lý .

Động năng

Động năng là cơ năng của một vật được tạo thành nhờ những hoạt động khác nhau. Khi một vật có khối lượng càng lớn cũng như hoạt động càng nhanh thì động năng của nó cũng tỷ suất thuận và sẽ càng lớn hơn .
Động năng và thế năng được coi là hai dạng của cơ năng. Cơ năng của một vật bằng tổng thế năng với động năng của vật đó. Động năng thế năng và cơ năng có mối quan hệ mật thiết với nhau .

Công thức tính cơ năng là gì ?

Nếu cơ năng chịu tính năng của trọng tải

Cơ năng của vật hoàn toàn có thể hoạt động là nhờ vào tính năng của trọng tải bằng tổng động năng cộng với thế năng trọng trường của vật. Cụ thể :

Trong đó .

• Gốc thế năng của 1 vật sẽ chuyển động liên tục bên trong trường hấp dẫn và thường sẽ được chọn tại mặt đất.
• Đối với vật hoặc hệ vật mà chỉ chịu tác động từ trọng lực thì cơ năng của nó được tính là một đại lượng bảo toàn. Tức là: W1 = W2, từ đó có thể kết luận rằng biến thiên thế năng W2 – W1 = 0.

Nếu cơ năng đó chỉ chịu công dụng của lực đàn hồi

Cơ năng của 1 vật hoàn toàn có thể hoạt động được là nhờ vào công dụng của trọng tải bằng tổng động năng cũng như thế năng đàn hồi của vật :

Trong đó đơn cử là :

• Gốc thế năng được lựa chọn thường sẽ là cơ năng ở vị trí cân bằng của lò xo.
• Đối với vật hoặc hệ vật chịu tác động từ lực đàn hồi thì cơ năng của nó cũng được cho là một đại lượng bảo toàn. Tức là, W1 = W2, từ đây kết luận được biến thiên thế năng W2 – W1 = 0.

Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng

Sự bảo toàn cơ năng được coi là định luật bảo toàn chỉ số cơ năng khi hoạt động của 1 vật bất kể bên trong trọng trường phải chỉ chịu tác động ảnh hưởng của trọng tải hoặc lực đàn hồi. Có thể lý giải đơn thuần như sau : “ Thế năng và động năng của 1 vật có nhiều năng lực sẽ bị biến hóa qua lại trong quy trình vật phẩm đó hoạt động bên trong trọng trường. Thế nhưng do cơ năng lại bằng tổng của những động năng với thế năng nên tổng của chúng vẫn sẽ không hề có sự biến hóa nào đáng kể .

Định luật bảo toàn cơ năng được định nghĩa đúng chuẩn rằng : “ Trong quy trình hoạt động, nếu 1 vật chỉ chịu tính năng của một loại trọng tải thì động năng trọn vẹn hoàn toàn có thể sẽ chuyển thành thế năng và ngược lại. Đồng thời tổng của chúng tức là cơ năng sẽ được bảo toàn tuyệt đối ” .
Lưu ý, định luật bảo toàn cơ năng của một vật chỉ thực sự đạt độ đúng mực cao khi vật không chịu phải bất kể 1 lực ảnh hưởng tác động nào khác từ phía bên ngoài trừ trọng tải và lực đàn hồi .
Nếu trong quy trình hoạt động nhưng vật lại phải chịu thêm tác động ảnh hưởng của bất kể 1 lực nào khác nữa thì cơ năng của vật đó sẽ bị biến hóa ngay lập tức. Lúc này, công của những lực đã tác động ảnh hưởng lên vật sẽ bằng với độ biến thiên của những cơ năng .

Hệ quả của cơ năng là gì ?

Thông qua quy trình hoạt động của một vật bên trong trọng trường ta hoàn toàn có thể nhận thấy được hệ quả của cơ năng 1 cách rất rõ ràng .

• Nếu thế năng của một vật giảm xuống thì động năng của nó sẽ tăng lên và ngược lại.
• Tại vị trí nào đó, nếu động năng cực đại thì thế năng sẽ cực tiểu và ngược lại.

Ứng dụng của định luật bảo toàn cơ năng trong Vật lý

Có thể thấy, định luật bảo toàn cơ năng có vai trò rất quan trọng nên nó được ứng dụng rất rộng rãi và phổ biến trong cuộc sống hàng ngày. Nó còn có thể được kết hợp với các công thức khác để tính được sự chuyển hóa năng lượng nhằm có thể giải quyết những bài toán khó có liên quan mật thiết đến cơ năng một cách dễ dàng và nhanh chóng.

Một số bài toán tiêu biểu vượt trội khác cũng cần sử dụng đến những định luật này đó là khi bạn muốn xác lập được biểu thức đơn cử của động năng hoặc thế năng tại 1 vị trí nào đó của vật. Qua đó hoàn toàn có thể xác lập được đúng mực khối lượng, chiều cao … của vật. Bên cạnh đó thì những bài toán về sự va chạm giữa 2 vật thể cũng hoàn toàn có thể vận dụng định luật này để xác lập xem lực va chạm cùng những yếu tố tương quan khác như thế nào .

Một số dạng bài tập tiêu biểu vượt trội về cơ năng

Cơ năng của con lắc lò xo trong giao động điều hòa rất hay Open trong những kỳ thi Đại học và CĐ. Các bạn cần nắm chắc những kỹ năng và kiến thức kim chỉ nan này và chú ý quan tâm về chu kỳ luân hồi, tần số của động năng .

Bài 1: Một con lắc lò xo bất kỳ có độ cứng k=100N/m dao động điều hòa với phương trình: x=Acos(wt + 𝞿). Biểu thức của thế năng là Et=0,1cos(4𝛑t +𝛑/2) + 0,1 J. Vậy phương trình li độ là gì?

• Giải: x = 2 căn 10 cos (2𝛑t + 𝛑/4) cm.

Bài 2: Cơ năng của con lắc đơn có độ dài ký hiệu là l, vật có khối lượng ký hiệu là m chuyển động ở nơi có gia tốc là g. Khi ấy, dao động bé cùng với biên độ của góc α0 sẽ được xác định bằng công thức nào sau đây?

• Giải: W =1/2mgl02

Bài 3: Một con lắc đơn có sợi dây với chiều dài l = 1 m, vật nặng có trọng lượng m = 0,2 kg. Ta thực hiện kéo vật nặng lệch ra khỏi vị trí cân bằng để cho phương của sợi dây có thể tạo với phương thẳng đứng đúng một góc  bằng 60 độ rồi thả nhẹ tay. Bỏ qua lực cản của không khí nên ta sẽ lấy g = 10m/s2. Chọn mốc cụ thể để tính thế năng tại vị trí cân bằng của con lắc. Tính cơ năng của vật thể đó tại vị trí thả vật cùng với vận tốc của vật khi đi qua vị trí cân bằng.

Bài giải : Bỏ qua những yếu tố lực cản của không khí thì cơ năng sẽ được vận dụng định luật bảo toàn .
Chọn mốc thế năng bất kể ở 1 vị trí cân đối ( tại O ) .
=> WA = WtA + WđA = WtA ( DOVA = 0 )
= mghA = 0,2 x 10 ( CO – CH )
= 2 x ( l – l xcosα ) = 2 x ( 1 – l xcos60 ) = 1 ( J )
Khi đó, WO = 1 = WA ( J )
WđO = 1 ( DoWto = 0 )
⇔ 50% mv02 = 1

⇔ Vo = 10 (m/s)

Mong rằng những thông tin mà muahangdambao.com đã nhắc đến trong bài viết này đã hoàn toàn có thể giúp bạn hiểu cơ năng là gì, công thức tính thế nào và định luật bảo toàn cơ năng được hiểu như thế nào để hoàn toàn có thể ứng dụng trong đời sống hàng ngày. Chúc những bạn luôn học tốt .

Source: http://wp.ftn61.com
Category: Thủ Thuật