Công cơ học là gì? Công thức tính công cơ học? Lấy ví dụ về công cơ học? Công cơ học phụ thuộc vào yếu tố nào? Một số bài tập về công cơ học?
Công cơ học là một khái niệm được tiếp cận từ chương trình Vật Lý 8 tại Việt Nam. Kiến thức này sẽ là nền tảng, xuyên suốt chương trình vật lý tại các lớp cao hơn. Vậy Công cơ học là gì? Công thức tính công cơ học? Lấy ví dụ về công cơ học như thế nào? Qua bài viết dưới đây, chúng tôi sẽ giải đáp các câu hỏi trên:
1. Công cơ học là gì?
Công cơ học là công của lực khi một vật tác dụng lực và lực này sinh ra công. Công cơ học còn thường được gọi tắt là công.
Theo đó, công cơ học chỉ dùng trong các trường hợp có lực một nguồn lực tác dụng vào vật làm cho vật chuyển động. Công cơ học là hành động thực hiện trên một đối tượng, khi ấy gây ra một lực làm dịch chuyển đối tượng đó.
2. Công thức tính công cơ học:
Khi có một lực 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 như sau:
A = F.s
Trong đó:
F là lực tác dụng vào vật (đơn vị Niutơn: N)
s là quãng đường vật dịch chuyển (m)
A là công của lực F(N.m)
Đơn vị công là Jun (kí hiệu là J) 1J = N.m
Ngoài ra, chúng ta cũng hay dùng bội số của Jun là kilojun (kí hiệu là kj) 1kj = 1000J
Lưu ý:
– Công thức trên chỉ đúng khi vật chuyển dời theo phương của lực.
– Nếu vật chuyển dời theo phương vông góc với phương của lực thì công của lực đó bằng 0.
– Nếu vật chuyển dời không theo phương của lực thì công được tính theo công thức khác.
3. Lấy ví dụ về công cơ học:
Để hình dung rõ hơn về công cơ học, dưới đây chúng tôi xin đưa ra một số ví dụ minh họa về công cơ học như sau:
– Đầu tàu hỏa kéo các toa tàu chuyển động, lúc này đầu tàu thực hiện công cơ học.
– Con trâu đang kéo một cái cày dịch chuyển.
– Một người đang leo núi.
– Khi bạn nhấc một chiếc túi xách từ dưới đất lên.
4. Công cơ học phụ thuộc vào yếu tố nào?
Dựa trên công thức tính công cơ học, có thể thấy công cơ học phụ thuộc vào hai yếu tố đó là: Lực tác dụng vào vật và quãng đường vật dịch chuyển.
– 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 thì lực đó lại là trọng lực (Ví dụ: Quả táo bị rơi từ trên cây xuống thì lực thực hiện công lúc này 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 này. Hoặc có trường hợp tăng, giảm cả hai yếu tố cùng lúc tùy theo mục đích. Ta cũng có thể nói, quãng đường dịch chuyển càng dài thì công thực hiện càng lớn và ngược lại. Trong các trường hợp có công có học, ta cần tìm ra lực nào đã thực hiện công đó.
5. Một số bài tập về công cơ học:
5.1. Bài tập sách giáo khoa:
Câu C1 trang 46 SGK Vật Lý 8: Quan sát các hiện tượng và cho biết, từ các trường hợp trên, em cho biết khi nào thì có công cơ học nào?
Trả lời: Khi có lực tác dụng vào vật làm vật chuyển dời theo phương không vuông góc với phương trình của lực thì có công cơ học. Do đó, cả hai trường hợp đều có công cơ học.
Câu C2 trang 46 SGK Vật Lý 8: Tìm từ thích hợp điền vào chỗ trống cho các kết luận sau:
– Chỉ có “công cơ học” khi có (1) tác dụng vào vật làm cho vật (2) theo phương vuông góc với phương của lực.
Trả lời: Chỉ có “công cơ học” khi có lực tác dụng vào vật chuyển dời theo phương vuông góc với phương của lực.
Câu C3 trang 47 SGK Vật lý 8: Trong những trường hợp dưới đây, trường hợp nào có công cơ học?
a) Người thợ mỏ đang đẩy làm cho xe gòng chở than chuyển động.
b) Một học sinh đang ngồi học bài.
c) Máy xúc đất đang làm việc
d) Người lực sĩ đang nâng quả tạ từ thấp lên cao.
Trả lời:
– Các trường hợp có công cơ học là a), c), d)
– Vì ở cả ba trường hợp đều có một lực tác dụng lên vật làm cho vật chuyển dời (tương ứng là: xe gòng chuyển động, máy xúc chuyển động và quả tạ chuyển động).
Câu C4 trang 47 SGK Vật lý 8: Trong các trường hợp dưới đây, lực nào thực hiện công cơ học?
a) Đầu tàu hỏa đang kéo đoàn tàu chuyển động
b) Quả bưởi rơi từ trên cây xuống
c) Người công nhân dùng ròng rọc cố định kéo vật nặng lên cao
Trả lời:
a) Lực kéo của đầu tàu thực hiện công
b) Trọng lực thực hiện công
c) Lực kéo của người công nhân thực hiện công.
Câu C5 trang 48 SGK Vật Lý 8: Đầu tàu hỏa kéo toa xe với lực F = 5000N làm toa xe đi được 1000m. Tính công của lực kéo của đầu tàu.
Trả lời:
Công của lực kéo là:
A = F.s = 5000.1000 = 5000000J = 5000kJ
Câu C6 trang 48 SGK Vật lý 8: Một quả dừa có trọng lượng 2kg rơi từ trên cây cách mặt đất 6m. Tính công của trọng lực?
Trọng lực của quả dừa P = m.g = 2.10 = 20N
Công của trọng lực là A = P.h = 20.6 = 120J
Câu C7 trang 48 SGK Vật lý 8: Tại sao không có công cơ học của trọng lực trong trường hợp hòn bi chuyển động trên mặt sàn nằm ngang?
Trả lời: Trọng lực theo phương thẳng đứng luôn vuông góc với phương chuyển động của hòn bi nên không có công cơ học trong trường hợp đó.
5.2. Bài tập sách bài tập:
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:
s = A/F = 360000/600 = 600m
Vận tốc chuyển động của xe là:
v = s/t = 600/300 = 2 m/s
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
=> F = p x V/h
Công của hơi sinh ra là:
A = F x h = p x (V/h) xh = p x V
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.