Công cơ học là gì?
Thuật ngữ công cơ học chỉ được dùng khi có lực làm cho một vật chuyển dời hay di chuyển. Chúng ta có thể hình dung khi có một lực làm cho vật di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác. Chúng ta nói, trong trường hợp đó có công cơ học sinh ra. Đây cũng chính là điều lý giải cho lý do vì sao không phải bất cứ từ “công” nào cũng chỉ loại công này. Trong cuộc sống thường ngày, chúng ta gặp phải rất nhiều trường hợp sinh ra loại công này. Tuy nhiên, không phải bất cứ loại lực nào tác dụng lên vật cũng có thể sinh ra.
Khi xét đến công cơ học chúng ta cần phải tìm ra lực chính tạo ra điều này. Đây cũng chính là điều mà các em học sinh lớp 8 cần phải tìm ra khi làm bài. Loại công này phụ thuộc vào hai yếu tố chính. Đó chính là lực tác dụng vào vật và quãng đường vật di chuyển. Tuy nhiên, khi chúng ta phân tích lực, chúng ta cần phải xem xét. Đâu là lực sinh công, đâu là lực không sinh công. Như vậy khi tính toán mới chọn ra được đáp án đúng.
Thay đổi một trong hai yếu tố lực hoặc quãng đường vật di chuyển. Công cơ học được sinh ra trong trường hợp đó cũng có sự thay đổi. Độ lớn của loại công này phụ thuộc vào hai yếu tố. Khi các em muốn tăng hay giảm công, các em chỉ cần tăng hoặc giảm một trong hai yếu tố này. Ngoài ra, các em cũng có thể tăng hoặc giảm cả hai để được lựa chọn như ý. Trong bộ môn vật lý, loại công này được gọi tắt là công. Vì vậy, nhiều em sẽ hiểu nhầm thành các loại công khác trong cuộc sống.
Công cơ học phụ thuộc vào yếu tố nào?
Để có công được thực hiện thì cần phải có lực tác dụng và lực khiến vật di chuyển gọi là công cơ học. Công cơ học phụ thuộc vào hai yếu tố:
- Lực tác dụng vào vật : Đối với từng trường hợp thì có sự khác nhau giữa các lực tác dụng. Khi thì là lực kéo, khi lại là trọng lực.
- Quãng đường vật dịch chuyển: nếu muốn tăng hay giảm công, người ta sẽ cần tăng hoặc giảm một trong hai yếu tố hoặc có trường hợp tăng, giảm cả hai yếu tố cùng lúc tùy theo mục đích. Có thể nói, quãng đường dịch chuyển càng dài thì công thực hiện càng lớn và ngược lại. Trong các trường hợp có công học, ta cần tìm ra lực nào đã thực hiện công đó.
Công thức tính công cơ học
Công cơ học là gì? Khi có một F tác dụng lên vật, vật sau đó di chuyển một quãng đường là s, thì chúng ta có công thức tính công cơ học dựa vào F và s như sau:
A= F.s
Trong đó:
A là công của lực F
F: Lực tác dụng vào vật (đơn vị Niutơn: N)
s: Quãng đường vật di chuyển (m)
Chú ý: Đơn vị SI của công là Jun, kí hiệu là J: Định nghĩa là công thực hiện bởi một Niutơn làm dịch chuyển 1 đoạn có chiều dài là 1m.
1 J = 1 N.1m = 1 Nm, 1 kJ = 1000 J
Có nhiều đơn vị khác nhau nên khi giải bài tập học sinh cần chú đổi quy đổi đơn vị về đúng quy chuẩn với hai đơn vị Niutơn và mét.
Ví dụ về công cơ học
- Khi bạn nhấc một chiếc túi từ dưới đất lên.
- Con ngựa đang kéo một chiếc xe dịch chuyển
- Một người đang đi bộ trên dốc
- Đầu tàu kéo các toa xe chuyển động, lúc này đầu tàu thực hiện công cơ học
Những chú ý khi học công cơ học
Khi xác định và phân tích lực, trường hợp vật di chuyển vuông góc với phương của lực tác dụng, công của lực lúc này bằng 0. Nói cách khác, lực này không sinh công, công thức chỉ áp dụng được khi vật chuyển dời theo phương của lực tác dụng.
Ngoài ra có thể gặp tình huống vật chuyển dời không theo phương của lực tác dụng. Đây là tình huống đặc biệt, thường rơi vào các bài tập nâng cao. Trong trường hợp này, chúng ta sẽ áp dụng công thức khác để tính.
Hiểu về công cơ học, có thể lý giải được tại sao vật lại chuyển động khi có lực tác dụng, sẽ biết được chính xác lực làm cho vật chuyển động. Tuy nhiên, trong thực tế, một vật không chỉ chịu duy nhất một lực tác dụng mà có thể có nhiều hơn.
Các dạng bài tập về công cơ học
Mỗi chủ đề vật lý đều có các dạng bài tập trắc nghiệm, tự luận tương ứng. Đối với hai dạng bài này, chắc hẳn các em đã không còn xa lạ. Tuy nhiên chúng tôi vẫn sẽ tổng hợp cách làm và ví dụ để các em tham khảo.
Bài 13.1 (trang 37 Sách bài tập Vật Lí 8)
Một nhóm học sinh đẩy một xe chở đất đi từ A đến B trên một đoạn đường bằng phẳng nằm ngang. Tới B họ đổ hết đất trên xe xuống rồi lại đẩy xe không đi theo đường cũ về A. So sánh công sinh ra ở lượt đi và lượt về. Câu trả lời nào sau đây là đúng?
A. Công ở lượt đi bằng công ở lượt về vì đoạn đường đi được như nhau.
B. Công ở lượt đi lớn hơn vì lực kéo ở lượt đi lớn hơn lực kéo ở lượt về.
C. Công ở lượt về lớn hơn vì xe không thì đi nhanh hơn.
D. Công ở lượt đi nhỏ hơn vì kéo xe nặng thì đi chậm hơn.
Lời giải:
Chọn B
Khi lượt đi xe chở đất nên công ở lượt đi lớn hơn vì lực kéo ở lượt đi lớn hơn lực kéo ở lượt về xe không có đất.
Bài 13.2 (trang 37 Sách bài tập Vật Lí 8)
Một hòn bi sắt lăn trên mặt bàn nhẵn nằm ngang. Nếu coi như không có ma sát và sức cản của không khí thì có công nào được thực hiện không?
Lời giải:
Không có công nào được thực hiện. Vì theo phương chuyển động của hòn bi thì không có lực nào tác dụng.
Lưu ý: Vào thời điểm hòn bi chuyển động chỉ có hai lực tác dụng vào nó là lực hút của Trái Đất và phản lực của mặt bàn. Hai lực này cân bằng nhau và đều vuông góc với phương chuyển động.
Bài 13.3 (trang 37 Sách bài tập Vật Lí 8)
Người ta dùng một cần cẩu để nâng một thùng hàng khối lượng 2500kg lên độ cao 12m. Tính công thực hiện được trong trường hợp này.
Tóm tắt:
m = 2500kg; h = 12 m
Công A = ?
Lời giải:
Thùng hàng có khối lượng là 2500kg nghĩa là nó có trọng lượng:
P = 10.m = 10.2500 = 25000N.
Công thực hiện khi nâng thùng hàng lên độ cao 12m là:
A = F.s = P.h = 25000N.12m = 300000 J = 300 kJ
Bài 13.4 (trang 37 Sách bài tập Vật Lí 8)
Một con ngựa kéo xe chuyển động đều với lực kéo là 600N. Trong 5 phút công thực hiện được là 360kJ. Tính vận tốc của xe.
Tóm tắt:
F = 600N; t = 5 phút = 5.60s = 300s; A = 360 kJ = 360000 J
Vận tốc v = ?
Lời giải:
Công A của lực F được tính bằng công thức: A = F.s
Suy ra quãng đường con ngựa kéo xe đi được là:
Vận tốc chuyển động của xe là:
Bài 13.5 (trang 37 Sách bài tập Vật Lí 8)
Hơi nước có áp suất không đổi là p = 6.105 N/m2 được dẫn qua van vào trong xilanh và đẩy pit-tông chuyển động từ vị trí AB đến vị trí A’B’ (H.13.1). Thể tích của xilanh nằm giữa hai vị trí AB và A’B’ của pít – tông là V = 15dm3. Chứng minh rằng công của hơi nước sinh ra bằng thể tích của p và V. Tính công đó ra J.
Tóm tắt:
p = 6.105 N/m2; V = 15 dm3; diện tích S;
Chứng minh A = p.V; A = ? J
Lời giải:
Ta có: V = 15 dm3 = 0,015 m3
Lực hơi nước tác dụng lên pit-tông là F = p.S
(trong đó S là diện tích bề mặt của pit – tông).
Gọi h là quãng đường dịch chuyển của pit – tông thì thể tích của xi –lanh giữa hai vị trí AB và A’B’ của pittông là: V = S.h
Công của hơi sinh ra là:
Vậy A = p.V = 6.105.0,015 = 9000 J.
Bài 13.6 (trang 37 Sách bài tập Vật Lí 8)
Trường hợp nào dưới đây có công cơ học?
A. Một quả bưởi rơi từ cành cây xuống.
B. Một lực sĩ cử tạ đang đứng yên ở tư thế đỡ quả tạ.
C. Một vật sau khi trượt xuống hết một mặt phẳng nghiêng, trượt đều trên mặt bàn nhẵn nằm ngang coi như không có ma sát.
D. Hành khách đang ra sức đẩy một xe khách bị chết máy, nhưng xe vẫn không chuyển động được.
Lời giải:
Chọn A
Vì trường hợp có công cơ học khi có lực tác dụng vào vật và làm cho vật chuyển động.
Bài 13.7 (trang 37 Sách bài tập Vật Lí 8)
Phát biểu nào dưới đây là đúng?
A. Jun là công của một lực làm vật chuyển dịch được 1m.
B. Jun là công của lực làm dịch chuyển một vật có khối lượng là 1kg một đoạn đường 1m.
C. Jun là công của lực 1N làm dịch chuyển một vật một đoạn 1m.
D. Jun là công của lực 1N làm dịch chuyển vật một đoạn 1m theo phương của lực.
Lời giải:
Chọn D
Công được tính bằng công thức: A = F.s khi lực F = 1N và s = 1m thì A = 1N.1m = 1Nm = 1J nên Jun là công của lực 1N làm dịch chuyển vật một đoạn 1m theo phương của lực.
Bài 13.8 (trang 38 Sách bài tập Vật Lí 8)
Một vật trọng lượng 2N trượt trên mặt bàn nằm ngang được 0,5m. Công của trọng lực là
A. 1J
B. 0J
C. 2J
D. 0,5J
Lời giải:
Chọn B.
Vì trọng lực có phương vuông góc với phương nằm ngang nên công của trọng lực bằng 0J.
Bài 13.9 (trang 38 Sách bài tập Vật Lí 8)
Tính công của lực nâng một búa máy có khối lượng là 20 tấn lên cao 120 cm
Lời giải:
Ta có: m = 20 tấn = 20.1000 kg = 20000 kg
h = 120 cm = 1,2 m
Lực nâng của một búa máy bằng trọng lượng của vật:
F = P = 10.m = 10.20000 = 200000 N
Công của lực nâng một búa máy là:
A = F.h = 200000.1,2 = 240000 J.
Bài 13.10 (trang 38 Sách bài tập Vật Lí 8)
Tính công cơ học của một người nặng 50 kg thực hiện khi đi đều trên một đoạn đường nằm ngang 1km. Biết rằng, công của một người khi đi đều trên đường nằm ngang thì bằng 0,05 lần công của lực nâng người đó lên độ cao bằng đoạn đường đó.
Lời giải:
m = 50kg; s = 1km = 1000m.
Theo đề bài: A = 0,05.Ap
Mà công của lực nâng người lên độ cao h = s là:
Ap = P.h = 10m.h = 10.50.1000 = 500000 J
Vậy công của một người khi đi đều trên đường nằm ngang là:
A = 0,05.Ap = 25000 J.
Bài 13.11 (trang 38 Sách bài tập Vật Lí 8)
Một đầu tàu kéo một đoàn tàu chuyển động từ ga A tới ga B trong 15 phút với vận tốc 30km/h. Tại ga B đoàn tàu được mắc thêm toa và do đó chuyển động đến từ ga B đến ga C với vận tốc nhỏ hơn trước 10km/h. Thời gian đi từ ga B đến ga C là 30 phút. Tính công của đầu tàu đã sinh ra biết rằng lực kéo của đầu tàu không đổi là 40000N.
Tóm tắt:
t1 = 15 phút = 1/4h; v1 = 30km/h
v2 = 30 – 10 = 20 km/h; t2 = 30 phút = 1/2h
F = 40000N
A = ?
Lời giải:
Quãng đường đi từ ga A tới ga B là:
S1 = v1.t1 = 30.1/4 = 7,5 km
Quãng đường đi từ ga B tới ga C là:
S2 = v2.t2 = 20.1/2 = 10 km
Quãng đường đi từ ga A tới ga C là:
S = S1 + S2 = 17,5km = 17500 m
Công của đầu tàu đã sinh ra là:
A = F.S = 40000.17500 = 700000000 J
Bài 13.12 (trang 38 Sách bài tập Vật Lí 8)
Một vận động viên nhảy cao đạt được thành tích là 2,1m. Giả sử vận động viên đó là nhà du hành vũ trụ lên Mặt Trăng thì ở trên Mặt Trăng người ấy nhảy cao được bao nhiêu mét? Biết rằng lực hút của Trái Đất lên vật ở mặt đất lớn hơn lực hút của Mặt trăng lên vật ấy ở trên Mặt Trăng 6 lần và ở trên Mặt Trăng người ấy phải mặc thêm bộ áo giáp vũ trụ nặng bằng 6/5 thân thể người đó. Công của cơ bắp sinh ra trong mỗi lần nhảy coi là như nhau.
Lời giải:
Gọi trọng lượng của mỗi người trên Trái Đất là P.
Vì lực hút của Trái Đất lên vật ở mặt đất lớn hơn lực hút của Mặt trăng lên vật ấy ở trên Mặt Trăng 6 lần nên trọng lượng của người đó và bộ áo trên Mặt Trăng là:
Khi nhà du hành vũ trụ nhảy trên mặt đất thì công thực hiện là: A = P × h (1)
Khi nhà du hành vũ trụ nhảy trên Mặt Trăng công thực hiện là:
(2)
Công của cơ bắp sinh ra trong mỗi lần nhảy coi là như nhau nên A = A1
Từ (1) và (2): h1 = h = . 2,1 = 5,7 m
********************
Đăng bởi: Thcs-thptlongphu.edu.vn
Chuyên mục: Tổng hợp
