Cập nhật nội dung chi tiết về Cơ Năng Là Gì? Công Thức Tính Cơ Năng mới nhất trên website Sieuphampanorama.com. Hy vọng thông tin trong bài viết sẽ đáp ứng được nhu cầu ngoài mong đợi của bạn, chúng tôi sẽ làm việc thường xuyên để cập nhật nội dung mới nhằm giúp bạn nhận được thông tin nhanh chóng và chính xác nhất.
Khái niệm 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).
Ví dụ: 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.
Cơ năng có 2 dạng chính là động năng và thế năng. Trong đó:
Cơ năng của vật khi ở một độ cao nhất định gọi là thế năng. 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.
Cơ năng của vật do chuyển động tạo ra gọi là động năng. 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.
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.
Ta có công thức tính cơ năng:
W = Wđ + Wt = 1/2mv2 + mgz.
Khi một vật chuyển động trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực (không có tác dụng của lực cản, lực ma sát…) thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn.
W = Wđ + Wt = const hay 1/2mv2 + 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.
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.
Ta có công thức cơ năng như sau:
W = 1/2mv2 + 1/2k(∆l)2 = const.
Bài tập vận dụng định luật bảo toàn cơ năng
Bài 1: Một vật được ném thẳng đứng lên cao từ độ cao 10m với vận tốc 10 m/s, lấy g = 10 m/s2.
Tìm độ cao cực đại vật có thể đạt được so với mặt đất.
Wđ = 3 Wt khi ở vị trí nào?
Tính vận tốc của vật này khi Wđ = Wt.
Tính vận tốc của vật này trước khi chạm đất.
Lời giải:
Cơ năng tại O: W(O) = (1/2) m v
0
2
+ mgh.
Cơ năng tại A được tính bằng: W(A) = mgh.
Dựa theo định luật bảo toàn cơ năng: W(O) = W(A).
b) Tính h
1
để: W
đ1
= 3 W
t3
.
Chúng ta gọi C là điểm có Wđ1 = 3 Wt3 .
Cơ năng tại C được tính bằng: W(C) = 4 Wt1 = 4 mgh1.
Theo định luật bảo toàn cơ năng, ta có công thức:
Tìm v
2
để W
đ2
= W
t2
.
Gọi D là điểm có Wđ2 = Wt2.
Cơ năng tại D được tính bằng: W(D) = 2 Wđ2 = m v22
Căn cứ vào định luật bảo toàn cơ năng: W (D) = W (A).
Cơ năng tại B được tính bằng: W (B) = (1/2) mv
2
.
Bài 2: Một vật được ném thẳng đứng lên cao từ độ cao h so với mặt đất với vận tốc là 20 m/s. Khi chạm đất vận tốc của vật là 30 m/s, không tính sức cản không khí. Lấy g = 10 m/s2.
Tính độ cao h.
Tính độ cao cực đại của vật so với mặt đất.
Vận tốc của vật bằng bao nhiêu khi động năng bằng 3 lần thế năng.
Lời giải:
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng, ta có: W (O) = W (B).
Gọi A là độ cao cực đại vật có thể đạt được. Theo đó:
Cơ năng tại A được tính bằng: W (A) = mgh.
Cơ năng tại B được tính bằng: W (B) = (1/2) mv2.
Theo định luật bảo toàn cơ năng, ta có phương thức: W (A) = W (B)
Gọi C là điểm mà W
đ
(C) = 3W
t
(C).
Cơ năng tại C:
Từ định luật bảo toàn cơ năng, ta có cách tích: W(C) = W(B).
Cơ Năng Là Gì? Công Thức Tính Và Định Luật Bảo Toàn Cơ Năng
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 khả năng sinh công thì ta có thể nói là vật đó có cơ năng hoặc cơ năng của một vật. Nếu vật đó có thể thực hiện công càng lớn thì cơ năng của nó cũng càng lớn. Cơ năng là một đại lượng được tính bằng đơn vị 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 tồn tại chuyển động trong trọng trường thì tổng các động năng và thế năng của nó sẽ được gọi là cơ năng. Cơ năng của một vật có thể dương, có thể âm mà cũng có thể là bằng không.
Hai dạng cơ năng phổ biến là gì?
Theo các nghiên cứu thì có 2 dạng cơ năng cơ bản đó là thế năng và động năng.
Thế năng đơn thuần chỉ là một đại lượng thường dùng trong bộ môn Vật lý học. Nó thể hiện cho khả năng sinh công của một vật và nó tồn tại dưới dạng 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 điểm riêng để có thể áp dụng và tính toán sao cho hợp lý.
Động năng là cơ năng của một vật được tạo thành nhờ những chuyển động khác nhau. Khi một vật có khối lượng càng lớn cũng như chuyển động càng nhanh thì động năng của nó cũng tỷ lệ 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 tác dụng của trọng lực
Cơ năng của vật có thể chuyển động là nhờ vào tác dụng của trọng lực 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 tác dụng của lực đàn hồi
Cơ năng của 1 vật có thể chuyển động được là nhờ vào tác dụng của trọng lực bằng tổng động năng cũng như thế năng đàn hồi của vật:
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 chuyển động của 1 vật bất kỳ bên trong trọng trường phải chỉ chịu tác động của trọng lực hoặc lực đàn hồi. Có thể giải thích đơn giản như sau: “Thế năng và động năng của 1 vật có nhiều khả năng sẽ bị biến đổi qua lại trong quá trình đồ vật đó chuyển động bên trong trọng trường. Thế nhưng do cơ năng lại bằng tổng của các động năng với thế năng nên tổng của chúng vẫn sẽ không hề có sự thay đổi nào đáng kể.
Định luật bảo toàn cơ năng được định nghĩa chính xác rằng: “Trong quá trình chuyển động, nếu 1 vật chỉ chịu tác dụng của một loại trọng lực thì động năng 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 chính xác cao khi vật không chịu phải bất kì 1 lực tác động nào khác từ phía bên ngoài trừ trọng lực và lực đàn hồi.
Nếu trong quá trình chuyển động nhưng vật lại phải chịu thêm tác động của bất cứ 1 lực nào khác nữa thì cơ năng của vật đó sẽ bị thay đổi ngay lập tức. Lúc này, công của những lực đã tác động lên vật sẽ bằng với độ biến thiên của các cơ năng.
Hệ quả của cơ năng là gì?
Thông qua quá trình chuyển động của một vật bên trong trọng trường ta 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
Một số dạng bài tập tiêu biểu về cơ năng
Cơ năng của con lắc lò xo trong dao động điều hòa rất hay xuất hiện trong các kỳ thi Đại học và Cao Đẳng. Các bạn cần nắm chắc những kiến thức lý thuyết này và lưu ý về chu kỳ, 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?
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 các yếu tố lực cản của không khí thì cơ năng sẽ được áp dụng định luật bảo toàn.
Chọn mốc thế năng bất kỳ ở 1 vị trí cân bằng (tại O).
=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)
⇔ 1/2mv02= 1
⇔ Vo = 10 (m/s)
Cơ Năng Là Gì? Định Luật Bảo Toàn Cơ Năng Là Gì?
Cơ năng là một đại lượng đặc trưng cho chuyển động của vật trong trọng trường, mà ở đó giá trị của nó được tính bằng tổng động năng và thế năng.
Một vật bất kỳ có khả năng thực hiện công thì đồng nghĩa với việc xuất hiện cơ năng. Công cơ học và cơ năng tuân theo tỉ lệ thuận. Nếu công càng lớn thì cơ năng càng lớn và ngược lại. Cơ năng được kí hiệu là W.
Đơn vị đo cơ năng là Jun, kí hiệu là J.
Xét trong trường hợp vật chuyển động trong trọng trường thì công thức tính cơ năng được xác định như sau:
Vậy động năng và thế năng trong công thức là gì?
Động năng là năng lượng được sinh ra do quá trình vật chuyển động.
Giá trị của động năng luôn luôn dương và được kí hiệu là Wđ. Công thức tính động năng như sau:
Theo định luật bảo toàn động năng thì khi vật chuyển động, độ biến thiên của đại lượng này sẽ dựa vào ngoại lực tác dụng vào vật. Cụ thể như sau:
Thế năng là năng lượng tiềm năng (hay còn gọi là năng lượng dự trữ) được sản sinh trong quá trình tiếp xúc giữa các phần thông qua lực thế.
Thế năng được kí hiệu là Wt và công thức của nó như sau:
Định luật bảo toàn cơ năng
Định luật bảo toàn cơ năng thực chất là định luật thể hiện sự bảo toàn tuyệt đối giá trị của cơ năng khi vật chỉ chịu sự tác động của trọng lực và lực đàn hồi. Các giá trị của những nguồn năng lượng thành phần như động năng và thế năng luôn thay đổi, tăng giảm và biến đổi qua nhau. Tuy nhiên, tổng giữa chúng thì vẫn được giữ nguyên như giá trị ban đầu. Xét trên từng trường hợp cụ thể, đó là:
Lực đàn hồi ở thế năng giảm thì động năng tăng và khi đàn hồi tăng thì động năng giảm. Như vậy, tổng cơ năng trong toàn trình được cân bằng.
Trong trường hợp chỉ xuất hiện trọng lực ở vật thì động năng sẽ được chuyển hóa thành thế năng và ngược lại. Lúc này, giá trị của hai đại lượng này không đổi, suy ra cơ năng được bảo toàn. Công thức cơ năng là:
Như vậy có thể thấy, cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu lực thế như trọng lực và lực đàn hồi thì giá trị của nó vẫn được giữ nguyên. Vật ở vị trí động năng cực đại thì thế năng sẽ cực tiểu và ngược lại. Giá trị của cơ năng luôn là một hằng số.
Còn khi chịu tác dụng của một lực khác như: lực ma sát, lực cản… thì giá trị cơ năng sẽ biến thiên, do sự thay đổi công của vật.
Ứng dụng của định luật bảo toàn cơ năng
Thế Năng Là Gì? Công Thức Tính Thế Năng Trong Vật Lý Chính Xác
Thế năng là gì? Công thức tính thế năng trong vật lý chính xác
Trong bộ môn vật lý lớp 10 chắc hẳn ai cũng sẽ phải học qua thế năng. Đây là một dạng bài tính toán tương đối khó với nhiều học sinh.
Để có thể giải được một bài toàn thế năng thì học sinh cần phải nắm vững các kiến thức. Cũng như áp dụng một cách chính xác.
Thế năng là gì?
Thế năng chỉ đơn thuần là một đại lượng trong bộ môn vật lý học. Thể hiện cho khả năng sinh công của các vật và nó tồn tại dưới dạng năng lượng.
Hiện nay có hai dạng thế năng là thế năng đàn hồi và thế năng trọng trường. Mỗi loại đều có những đặc điểm riêng để có thể áp dụng và tính toán sao cho phù hợp.
Thế năng trọng trường là gì?
Thế năng trọng trường đơn thuần nói về trọng trường của một vật. Đây được xem là năng lượng tương tác giữa vật và Trái Đất. Phụ thuộc vào chính vị trí của vật tồn tại trong trọng trường.
Nếu chọn thế năng của vật được đặt tại mặt đất với khối lượng tương ứng là m. Với độ cao của vị trí tương ứng so với trọng trường trái đất tính là z. Suy ra thế năng sẽ được tính bằng công thức: Wt= m.g.z.
Trong đó:
Wt: Thế năng của vật được đặt tại vị trí z (đơn vị Jun (J)).
m: Khối lượng của vật (kg)
z: Độ cao của vật so với mặt đất.
Sự liên kết giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực chính là khi có một vật bắt đầu di chuyển từ vị trí A đến B. Công của trọng lực của vật sẽ được tính bằng hiệu thế năng của trọng trường tại hai vị trí này.
Cụ thể: AAB = Wt (ở A) – Wt (ở B)
Trong trường hợp vật rơi bởi chính lực hấp dẫn thì sẽ dẫn đến hiện tượng thế năng bị giảm và chuyển thành công để vật rơi tự do.
Còn trường hợp vật được ném lên từ mốc thế năng. Điều này giúp lực ném chuyển thành công. Cũng như cản trở trọng lực đến khi trọng lực giúp vật rơi tự do.
Thế năng đàn hồi là gì?
Như mọi người cũng đã biết, khi một vật có khả năng bị biến dạng do một tác động nào đó đều có thể sinh công. Đây được xem là một dạng năng lượng được gọi với cái tên là thế năng đàn hồi. Để có thể tính được dạng thế công này. Trước tiên mọi người phải tính được công của lực đàn hồi trước.
Khi xét một lò xo có chiều là là l0 với độ cứng đàn hồi tính bằng k. Một đầu cố định một đầu gắn vào vật tiến hành kéo ra một đoạn cố định là Δl. Khi đó, lực của đàn hồi sẽ bắt đầu xuất hiện trực tiếp lò xo tác động vào vật đưa vào công thức:
Khi tính toán được lực đàn hồi, mọi người có thể tính được thế năng lực đàn hồi của một vật chịu tác dụng dựa vào công thức sau: Wđh= 0.5.k.x2
Trong đó:
Wđh chính là thế năng đàn hồi có đơn vị là J
k: Độ cứng của lò xo (N.m)
x: Độ biến dạng của lò xo (m)
Ví dụ 1: một lò xo nằm ngang với độ cứng k = 250 N/m, tác dụng trực tiếp khiến lò xo bị dãn ra khoảng 2cm. Lúc này, thế năng đàn hồi của nó sẽ tính bằng 0.5.250. (200-2)2 = 0.05 (j).
Ví dụ 2: Thanh lò xo nằm ngang với chiều dài k là 250N/m, lò xo bị kéo dãn 2cm vậy lúc này thì công của lực đàn hồi là bao nhiêu?
Giải:
A = Wt2 – Wt1 = 0.5.250. (0.042 – 0.022) = 0.15 (j)
Lúc này công cần tìm sẽ bằng A’ = -A = -0.15 (J)
Ví dụ 3: Nếu thế năng của vật tính được bằng 2kg, vật nằm dưới đáy giếng sâu khoảng 10m, g = 10m/s2. Lúc này gốc thế năng tại mặt đất là bao nhiêu?
Giải: A = Wt – Wt0 è Wt = m.g.z = 2.10. (-10) = -200 (J)
Dựa vào những ví dụ trên thì tùy thuộc vào mỗi yêu cầu đưa ra sẽ phải áp dụng những công thức khác nhau để có thể tính toán chính xác. Chỉ cần biết một số dữ liệu thì các dữ liệu khác đưa ra hoàn toàn có thể tính toán được.
Thế năng tĩnh điện là gì?
Đây được xem là một lực bảo toàn dưới dạng tĩnh điện. Được tính dựa vào công thức φ = q V. Trong đó, q là điện thế và V là điện tích của vật xác định được.
Để có thể tính được q và V thì mọi người cần phải áp dụng hai công thức sau: F = q E
Tuy nhiên, đây chỉ là những cách tính đơn giản dựa trên công thức. Ngoài ra sẽ có nhiều bài toán vật lý phức tạp hơn khi tính thế năng. Mà mọi người cần phải vận dụng nhiều công thức khác nhau để đưa ra được kết quả chính xác nhất.
4.4
/
5
(
5
bình chọn
)
Bạn đang đọc nội dung bài viết Cơ Năng Là Gì? Công Thức Tính Cơ Năng trên website Sieuphampanorama.com. Hy vọng một phần nào đó những thông tin mà chúng tôi đã cung cấp là rất hữu ích với bạn. Nếu nội dung bài viết hay, ý nghĩa bạn hãy chia sẻ với bạn bè của mình và luôn theo dõi, ủng hộ chúng tôi để cập nhật những thông tin mới nhất. Chúc bạn một ngày tốt lành!