BÀI GIẢNG VẬT LÝ 1 Chương 4 CÔNG VÀ NĂNG LƯỢNG MỤC TIÊU Sau bài học này, SV phải : • Nêu được các khái niệm: năng lượng, động năng , thế năng, cơ năng, công, công suất và mối quan hệ giữa chúng. • Giải được bài toán cơ học bằng phương pháp năng lượng. NỘI DUNG 4.1 – CÔNG 4.2 – CÔNG SUẤT 4.3 – NĂNG LƯỢNG 4.4 – ĐỘNG NĂNG 4.5 – THẾ NĂNG 4.6 – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG 4.7 – VA CHẠM 4.1 – CÔNG     dA  Fds cos   F d s  F d r  ( s )( s )( s ) ( s ) A   Fds cos    F ds   F d r   Fx dx  Fy dy  Fz dz 1 – Định nghĩa: Công của lực F trên đoạn đường vi cấp ds: Công của lực F trên đoạn đường s bất kì: Nếu F là một lực Thế: Fx = f(x), Fy = g(y), Fz = h(z) thì: Fz d z A 12  F x d x  F y d y  x 2  x 1 y 2  y 1 z 2  z 1 đường đi một góc  thì: A = F.s.cos 4.1 – CÔNG Lưu ý: Công là đại lượng vô hướng có thể dương, âm, hoặc = 0. • Nếu lực luôn vuông góc với đường đi thì A = 0. • Nếu A > 0: công phát động. • Nếu A < 0: công cản. • Nếu lực có độ lớn không đổi và luôn tạo với Trong hệ SI, đơn vị đo công là jun (J)  F  4.1 – CÔNG Ví dụ: Tính công của các lực trong hình vẽ khi vật đi sang phải được quãng đường 10m, biết: F1 = 12N; F2 = 20N; F3 = 15N; F4 = 8N;  = 450;  = 300. Giải Công của lực F1 là: A1 = F1.s.cos = F1.s = 12.10 = 120J   F2   F1  F3 F4 A2 = F2.s.cos450 = 20.10.0,707 = 141J A3 = 0  A4 = - F4.s.cos = - 69,3J k (x1  x2 ) A  mg(h1  h 2 ) 1 2 2 2 b) Công của lực đàn hồi: A  4.1 – CÔNG 2 – Công của các lực cơ học: a) Công của lực ma sát: A   Fms ds Fms .s ( s ) Công của lực đàn hồi, trọng lực không phụ thuộc vào đường đi, chỉ phụ thuộc vị trí điểm đầu và cuối. Vậy lực đàn hồi, lực hấp dẫn, trọng lực là những lực thế. c) Công của trọng lực: Nhận xét:  F.cos   10.cos 60  5N Fms  m F   v 4.1 – CÔNG Ví dụ 1: Vật trượt đều trên đường ngang với vận tốc v = 5m/s dưới tác dụng của lực F = 10N,  = 600. Tính lực ma sát, công của lực ma sát, công của trọng lực trong thời gian 5s. Giải Ft Công của lực ma sát: Ams  Fms .s  Fms .v.t  P  5.5.5  125 (J) Công của trọng lực:  AP  0 vì P  đường đi. t Lực ma sát: Fms F 0 v02 sin 450 20 .sin 45 4.1 – CÔNG Ví dụ 2: Từ độ cao 20m, ném vật m = 200g lên cao với vận tốc v = 20m/s, xiên góc 450 so với phương ngang. Tính công của trọng lực đã thực hiện trong quá trình vật đi lên và trong quá trình vật đi xuống. Giải  v h1 h2 Công của trọng lực trong quá trình đi lên: A L  mg(h1  h 2 )  0, 2.10(20  30)  20J Công của trọng lực trong quá trình đi xuống: A X  mg(h '1  h '2 )  0, 2.10(30  0)  60J hmax max Ta có: h 2 2g  2 2   10m 20 dA dt p  Công suất trung bình: 4.2 – CÔNG SUẤT 1 – Định nghĩa: A t ptb  Công suất tức thời: Ý nghĩa: Công suất đặc trưng cho khả năng sinh công của lực. Đơn vị đo: oát (W) Lưu ý: 1kW = W; 1MW = W; 1GW = W 1hP = 736 W 3 10 6 10 9 10 [...]... được pt đại số: m1 v1  m 2 v 2  m1 v '1  m 2 v '2 (3) Giải (2) và (3) ta được: 2 m 2 v 2  ( m1  m 2 ) v1 v '1  m1  m 2 2 m1 v1  ( m 2  m1 ) v 2 v'2  m1  m 2 4.8 – VA CHẠM 4 – Khảo sát va chạm đàn hồi xuyên tâm:  2m2 v2   m1  m2  v1 v1 '  m1  m2   v '  2m1v1   m2  m1  v2 1 m1  m2  m2 >> m1 v2 = 0 v2 '  0  v1 '  v1 m1 = m2 v1 '  v2  v2 '  v1 Hai vật tráo đổi vận... chạm mềm: Xét m1 chuyển động, va chạm mềm với m2 đang đứng yên A/d ĐLBT động lượng: m1 m1v1   m1  m2  v '  v1 m2 x Vậy, sau va chạm, hai vật dính vào nhau, cùng chuyển động với vận tốc: m1v1 v'  m1  m2 Động năng ban đầu của hệ: 1 E0  m1v12 2 m1 E= E0 Động năng lúc sau của hệ: m1  m2 m2 E0 Cơ năng mất mát: U  E0  E  U  m1  m2 4.8 – VA CHẠM Ví dụ: Một hạt có khối lượng m1 = 1g đang chuyển... năng hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trời, biết khoảng cách giữa chúng là 15 0 triệu km; khối lượng Trái Đất là m = 6 .10 24 kg; khối lượng Mặt Trời là M = 2 .10 30 kg Chọn gốc thế năng ở vô cùng Giải: Thế năng hấp dẫn: U   GMm r 6, 67 .10 11 2 .10 30.6 10 24 U   5,3 .10 33 J 15 0 10 9 4.6 – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG 1- Cơ năng và đlbt cơ năng: Cơ năng: E = Eđ + Et Định luật bảo toàn cơ năng: Hệ kín, không có... động khác nhau của vật chất: Cơ năng, Nhiệt năng, Điện năng, Quang năng, Hóa năng, … Theo Einstein, một vật có khối lượng m sẽ tương ứng với năng lượng E: E  mc 2 Đơn vị đo năng lượng là jun (J) với c = 3 .10 8 m/s 4.3 – NĂNG LƯỢNG 2 – Định luật bảo toàn năng lượng: Năng lượng của hệ cô lập thì không đổi: E = const Suy rộng ra trong toàn vũ trụ: Năng lượng không tự sinh ra và cũng không tự mất đi, mà chỉ... và công: Một hệ cơ học sẽ trao đổi năng lượng với bên ngoài thông qua công: E2 – E1 = A Vậy công là số đo năng lượng mà hệ trao đổi với bên ngoài 4.4 – ĐỘNG NĂNG 1 – Định nghĩa: Động năng của một chất điểm: 1 2 Ed  mv 2 Động năng của một hệ chất điểm: Ed he Động năng của vật rắn m (kg) v (m/s) Eđ (J) 1   mi vi2 2 i 1 2 - Động năng tịnh tiến: Ett  mv 2 1 2 -Động năng quay: Edq  I  2 - Động năng. .. E  E tt  Eq  10 0  50  15 0 J 4.4 – ĐỘNG NĂNG 2 – Định lí về động năng: Độ biến thiên động năng của một vật, hệ vật thì bằng tổng công của các ngoại lực tác dụng vào vật, hệ vật đó Eđ  Eđ2  E 1  Angoại lực Ví dụ: để hãm một ôtô khối lượng 2 tấn đang chuyển động với tốc độ 36 km/h thì công của lực hãm là: 1 2 1 2 Ah  Ed2  Ed1  0 - mv   2000 .10  10 0kJ 2 2 4.5 – THẾ NĂNG 1 – Khái niệm:... Động lượng của hệ được bảo toàn - Cơ năng, động năng của hệ được bảo toàn Nếu là va chạm không đàn hồi thì chỉ bảo toàn động lượng:   p sauvc  p truocvc 4.8 – VA CHẠM 4 – Khảo sát va chạm đàn hồi xuyên tâm: Xét va chạm của hai quả cầu nhỏ trên trục Ox m1 A/d ĐLBT động lượng và ĐN:     m1 v1  m2 v2  m1 v '1  m2 v'2 2 1 1 2 2 1 (1) 2 m v  m2 v2  m1v '  m2v '2  v1  v2 m2 x (2) Chiếu (1) lên... vật này sang vật khác, còn tổng năng lượng không thay đổi 4.3 – NĂNG LƯỢNG 3 – Ý nghĩa của định luật bảo toàn năng lượng: - Phản ánh một tính chất bất diệt của vật chất – đó là sự vận động - Không thể có một hệ nào sinh công mãi mãi mà không nhận thêm năng lượng từ bên ngoài Nói cách khác, không tồn tại động cơ vĩnh cửu - Có phạm vi áp dụng rộng nhất 4.3 – NĂNG LƯỢNG 3 - Quan hệ giữa năng lượng và. .. toàn phần: 1 2 1 2 Ed  I   mv 2 2 4.4 – ĐỘNG NĂNG Ví dụ: Bánh xe hình trụ đặc đồng chất, khối lượng 50kg, lăn không trượt với vận tốc tịnh tiến 2m/s Tính động năng tịnh tiến, động năng quay và đ/n toàn phần của bánh xe Giải: 1 2 1 - Động năng tịnh tiến: Ett  mv  50.22  10 0 J 2 2 - Động năng quay quanh trục đi qua khối tâm: 2 1 2 1 1 2 v  Eq  I   mR    50 J 2 2 2 R - Động năng toàn phần:...4.2 – CÔNG SUẤT 2 – Quan hệ giữa công suất, lực và vận tốc:   p  F v  Fv cos  Nếu lực cùng hướng với vận tốc, thì: p  Fv Công suất trong chuyển động quay:   p  M   M  4.3 – NĂNG LƯỢNG 1 – Khái niệm năng lượng: Năng lượng là thuộc tính cơ bản của vật chất, đặc trưng cho mức độ vận động của vật chất Năng lượng có rất nhiều dạng, tương ứng với các hình thức vận động khác nhau của vật chất: . bằng phương pháp năng lượng. NỘI DUNG 4. 1 – CÔNG 4. 2 – CÔNG SUẤT 4. 3 – NĂNG LƯỢNG 4. 4 – ĐỘNG NĂNG 4. 5 – THẾ NĂNG 4. 6 – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG 4. 7 – VA CHẠM 4. 1 – CÔNG     dA  Fds cos  . 120J   F2   F1  F3 F4 A2 = F2.s.cos450 = 20.10.0,707 = 141 J A3 = 0  A4 = - F4.s.cos = - 69,3J k (x1  x2 ) A  mg(h1  h 2 ) 1 2 2 2 b) Công của lực đàn hồi: A  4. 1 – CÔNG 2 – Công của.  đường đi. t Lực ma sát: Fms F 0 v02 sin 45 0 20 .sin 45 4. 1 – CÔNG Ví dụ 2: Từ độ cao 20m, ném vật m = 200g lên cao với vận tốc v = 20m/s, xiên góc 45 0 so với phương ngang. Tính công của trọng