Trong vật lý học, cơ năng là tổng của động năng và thế năng. Nó là năng lượng kết hợp của chuyển động và vị trí của vật thể. Hãy cùng chúng tôi theo dõi để hiểu hơn về lý thuyết này nhé! Cơ năng là gì? Đơn vị, ký hiệu, các dạng và công thức tính cơ năng.
Contents
Cơ năng là gì
Cơ năng là 1 đại lượng vật lý thể hiện khả năng thực hiện công cơ học của một vật. Ta nói một vật có cơ năng là khi vật đó có khả năng thực hiện công cơ học, chứ không cần vật đã thực hiện công. Nếu vật có tiềm năng thực hiện công càng lớn thì cơ năng của vật càng lớn.
Cơ năng của vật được ký hiệu là W và được tính bằng đơn vị Jun (J).
VD1: Một vật nặng đang đứng yên ở độ cao h so với mặt đất, tức là nó không thực hiện công. Nhưng vì nó có khả năng thực hiện công (khi được thả hay ném) nên vật đó vẫn có cơ năng.
VD2: Cho hai vật là một quả bóng và một cuốn sách. Đặt cuốn sách thẳng đứng trên sàn nhà, ban đầu quả bóng vẫn nằm yên cách cuốn sách khoảng 50cm. Ta lấy tay đẩy quả bóng về phía cuốn sách làm cuốn sách đổ xuống. Điều đó cho thấy quả bóng đã thực hiện công tác động lên sách làm sách di chuyển. Nên quả bóng có cơ năng.
Các dạng cơ năng
Có hai dạng cơ năng chính, là thế năng và động năng:
– Thế năng là cơ năng của vật khi ở một độ cao nhất định. Cơ năng của vật ở độ cao so với mặt đất hoặc so với một vị trí được chọn làm mốc, gọi là thế năng hấp dẫn. Thế năng hấp dẫn bằng 0 khi vật nằm trên mặt đất. Vật có khối lượng càng lớn và ở vị trí càng cao thì thế năng hấp dẫn càng lớn. Trong khi đó, thế năng đàn hồi là cơ năng của vật phụ thuộc vào độ biến dạng của lò xo.
– Động năng là cơ năng của vật do chuyển động tạo ra. Vật có khối lượng càng nặng và chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn. Nếu vật đứng yên thì động năng bằng 0.
Công thức tính cơ năng
Công thức tính cơ năng như sau:
+ Nếu cơ năng chịu tác dụng của trọng lực
W = Wđ + Wt = ½ mv2 + ½ kx2
+ Nếu cơ năng đó chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi:
W= Wđ + Wt = ½ mv2+ mgz
Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường
– Trọng trường là không gian trong đó các vật chịu sức hút của Trái Đất (trọng lực). Khi một vật chuyển động trong trọng trường, cơ năng của một vật bằng tổng thế năng và động năng của vật đó.
– Trọng trường là trường hấp dẫn xung quanh Trái Đất.
Ta có công thức tính cơ năng:
W = Wđ + Wt = ½ mv2+ mgz.
Định luật bảo toàn cơ năng: Trong khi chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của của trọng lực, động năng có thể chuyển thành thế năng và ngược lại, và tổng của chúng, tức là cơ năng của vật, được bảo toàn (không đổi theo thời gian).
W = Wđ + Wt = const hay ½ mv2 + mgz = const.
Hệ quả: Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường biến thiên theo quy luật sau:
– Nếu động năng giảm thì thế năng tăng (lúc này, động năng chuyển hóa thành thế năng) và ngược lại.
– Tại một vị trí nhất định, động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại
Ứng dụng của định luật bảo toàn cơ năng
Định luật bảo toàn cơ năng được ứng dụng rộng rãi trong đời sống. Nó kết hợp với công thức tính sự chuyển hóa năng lượng để giải quyết những bài toán liên quan nhanh chóng.
Một số bài toán cần đến việc sử dụng định luật này đó là xác định biểu thức cụ thể của động năng và thế năng tại vị trí bất kỳ của vật, qua đó xác định được khối lượng, chiều cao,… của vật. Ngoài ra, bài toán về sự va chạm giữa hai vật cũng có thể áp dụng định luật này để xác định lực va chạm và các yếu tố liên quan.
Cơ năng của một vật khi chịu tác động của lực đàn hồi
– Lực đàn hồi được gây bởi sự biến dạng của một lò xo. Khi một vật chỉ chịu tác dụng của lực này (không có tác dụng của lực cản, lực ma sát…), thì trong quá trình chuyển động, cơ năng của vật bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi là đại lượng bảo toàn.
Cơ năng chịu tác động của lực đàn hồi
Ta có công thức cơ năng như sau:
W = ½ mv2 + ½k(∆l)2 = const.
Lưu ý: Định luật bảo toàn cơ năng của một vật chỉ đúng khi vật không chịu thêm bất kì lực tác động từ bên ngoài nào ngoại trừ trọng lực và lực đàn hồi. Nếu trong quá trình chuyển động vật chịu thêm tác động của các lực như lực ma sát, lực cản… thì cơ năng của vật sẽ bị biến đổi. Công của các lực tác động thêm lên vật (lực ma sát, lực cản…) sẽ bằng độ biến thiên của cơ năng.
Mối liên hệ cơ năng và động năng
Cơ năng của vật do chuyển động mà sinh ra gọi là có động năng. Vật có khối lượng càng lớn kết hợp chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn. Động năng cùng thế năng là hai dạng của cơ năng. Cơ năng một vật bằng tổng thế năng và động năng của vật đó.
Trên đây là những thông tin về cơ năng và các định luật cơ năng do chúng mình đã tổng hợp và chia sẻ đến các bạn. Đây là một kiến thức quan trọng cần nắm vững, hy vọng rằng với những chia sẻ trên đây sẽ giúp bạn có thêm nhiều thông tin hơn về cơ năng bạn nhé!
