Vật Lý 10 Cánh diều Bài 1: Năng lượng và công

- Năng lượng có ở khắp mọi nơi xung quanh chúng ta và tồn tại ở các dạng khác nhau như: cơ năng, nhiệt năng, điện năng, năng lượng ánh sáng, ...

- Ví dụ:

Năng lượng hoá học dự trữ trong thức ăn	Mặt Trời cung cấp năng lượng

1.1.1. Công

- Năng lượng có thể được truyền từ vật này sang vật khác thông qua tương tác.

Việc truyền năng lượng cho vật bằng cách tác dụng lực lên vật làm vật thay đổi trạng thái chuyển động được gọi là thực hiện công cơ học.

- Năng lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công. Công được tính bằng biểu thức:

Công = lực tác dụng × độ dịch chuyển theo phương của lực

- Kí hiệu:

+ Công là: A

+ Giá trị lực tác dụng là: F

+ Độ dịch chuyển theo phương của lực là: d

- Biểu thức tính công được viết dưới dạng: \(A = F.d\)

- Đơn vị đo công: N.m

- Xảy ra hai trường hợp:

* Khi lực không đổi và cùng hướng với chuyển động: 

Ta áp dụng công thức: 

\(A = F.s\)

Trong đó:

A là công 

F là độ lớn lực tác dụng 

s là quãng đường đi được của vật

* Khi lực không đổi và không cùng phương với chuyển động:

- Ví du như hình dưới đây:

- Khi lực F không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc αα thì biểu thức tính công của lực là:

\(A = F.s.cos\alpha \)

Trong đó: \(\alpha \) là góc tạo bởi hướng của lực và hướng chuyển động.

Tuỳ thuộc vào góc \(\alpha \) mà có thể xảy ra các trường hợp sau:

\({0^o} \le \alpha  < {90^o}\): Công của lực là công phát động (A > 0) như hình dưới đây:

\(\alpha  = {90^o}\): Lực không sinh công (A = 0) như hình vẽ sau:

\({90^o} < \alpha  \le {190^o}\): Công của lực là công cản (A < 0) như hình sau:

1.1.2. Sự truyền năng lượng

- Thực hiện công là một cách truyền năng lượng từ vật này sang vật khác. Độ lớn của công mà lực đã thực hiện bằng phần năng lượng mà lực tác dụng đã truyền cho vật, làm vật dịch chuyển một khoảng nào đó theo phương của lực.

Công đã thực hiện = Phần năng lượng đã được truyền

- Đơn vị đo công là đơn vị đo năng lượng: Jun (J), 1N.1m = 1J hay 1J = 1N.m

- 1 J là công đo lực có độ lớn 1 N thực hiện khi điểm đặt của lực chuyển dời 1 m theo phương của lực.

1.2.1. Tốc độ thực hiên công

- Tốc độ thực hiện công của hai lực là nhanh chậm khác nhau.

- Ví dụ: 

+ Để đưa vật liệu lên cao người công nhân thường dùng dây kéo vắt qua ròng rọc cố định. Ở công trường lớn, người ta dùng máy tời thay thế sức người. 

+ Tốc độ chuyển động của ô tô và xe máy: Ô tô và xe đạp bắt đầu chuyển động. Sau 10 s, xe đạp di chuyển được 20 m; ô tô di chuyển được 100 m.

Người và động cơ ô tô cùng thực hiện một công như nhau nhưng thời gian thực hiện công của động cơ ô tô nhỏ hơn do đó tốc độ thực hiện công của động cơ là nhanh hơn.

1.2.2. Định nghĩa công suất

- Đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công nhanh hay chậm của người hoặc thiết bị sinh công được gọi là công suất hay tốc độ sinh công.

- Người ta dùng khái niệm công suất để biểu thị tốc độ thực hiện công của một lực. Công suất có độ lớn được xác định bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.

\({\rm{P}} = \frac{A}{t}\)

 - A là công thực hiện trong thời gian t. Đây là biểu thức xác định công suất trung bình. Công suất tức thời có thể thay đổi trong thời gian t.

- Đơn vị đo công suất là oát, kí hiệu là W.

- Các bội của W là kW, MW,...

- Một đơn vị thông dụng khác được sử dụng trong kĩ thuật là mã lực, kí hiệu là HP. 1 HP = 746 W

- Ngoài ra công suất còn sử dụng đơn vị khác như mã lực.

1.2.3. Mối liên hệ công suất với lực và vận tốc.

- Công suất hoạt động của động cơ:

\({\rm{P}} = \frac{A}{t} = \frac{{F.s}}{t} = \frac{{F.v.t}}{t} = F.v\)

- Đây là biểu thức xác định công suất trung bình.

- Nếu v_t là tốc độ tức thời thì P_t là công suất tức thời.

Nguyên lí hoạt động của hộp số có liên quan đến công suất trung bình

Bài tập 1: Cho một máy bay lên thẳng có khối lượng 5.10³ kg sau thời gian 2 phút máy bay lên được độ cao là 1440 m. Lấy g = 10 m/s². Tính công của động cơ trong khi chuyển động thẳng đều.

Hướng dẫn giải:

Ta có công của động cơ: A = F.h

Vì máy bay chuyển động đi lên thẳng đều nên

F = P = mg = 5.10³.10 = 5.10⁴ (N) ⇒ A = F.h = 5.10⁴.1440 = 72.10⁶ (J).

Bài tập 2: Cho một vật có khối lượng 8 kg rơi tự do. Tính công của trọng lực trong giây thứ tư. Lấy g = 10 m/s².

Hướng dẫn giải:

Vật rơi tự do trong 3 s đã đi được: \({h_3} = \frac{1}{2}gt_3^2 = \frac{1}{2}{.10.3^2} = 45m\)

Trong 4 s đã đi được: \({h_4} = \frac{1}{2}gt_4^2 = \frac{1}{2}{.10.4^2} = 80\,m\)

Vậy trong giây thứ tư đã đi được: s = h₄ – h₃ = 80 − 45 = 35(m)

Bài tập 3: Một học sinh nâng tạ có khối lượng 80 kg lên cao 60 cm trong t = 0,8 s. Trong trường hợp học sinh đã hoạt động với công suất là bao nhiêu? Lấy g = 10 m/s².

Hướng dẫn giải:

Ta có công suất của học sinh: \({\rm{P}} = \frac{A}{t} = \frac{{F.s}}{t}\)

Mà \(F = mg = 80.10 = 800\left( N \right) \Rightarrow {\rm{P}} = \frac{{800.0,6}}{{0,8}} = 600\left( W \right)\)

Sau bài học này, học sinh sẽ nắm được:

- Nêu được biểu thức tính công bằng tích của lực tác dụng và độ dịch chuyển theo phương của lực, nêu được đơn vị đo công là đơn vị đo năng lượng (với 1J = 1 Nm).

- Tính được công trong một số trường hợp đơn giản.

- Trình bày được ví dụ chứng tỏ có thể truyền năng lượng từ vật này sang vật khác bằng cách thực hiện công.

- Từ một số tình huống thực tế, thảo luận để nêu được ý nghĩa vật lí và định nghĩa công suất.

- Vận dụng được mối liên hệ công suất (hay tốc độ thực hiện công) với tích của lực và vận tốc trong một số tình huống thực tế.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật Lý 10 Cánh diều Chủ đề 3 Bài 1 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật Lý 10 Cánh diều Chủ đề 3 Bài 1 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Mở đầu trang 79 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Câu hỏi 1 trang 80 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Câu hỏi 2 trang 81 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Luyện tập trang 81 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Vận dụng 1 trang 82 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Câu hỏi 3 trang 82 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Câu hỏi 4 trang 82 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Câu hỏi 5 trang 83 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Câu hỏi 6 trang 83 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Câu hỏi 7 trang 84 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Luyện tập trang 84 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Tìm hiểu thêm trang 84 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Tìm hiểu thêm trang 85 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Vận dụng trang 85 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!