Công thức nào sau đây là công thức tính cơ năng của vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực

Cơ năng là Một đại lượng vật lý thể hiện khả năng thực hiện công cơ học của một vật. Ta nói một vật với cơ năng là lúc vật đó với khả năng thực hiện công cơ học, chứ ko cần vật đã thực hiện công. Nếu vật với tiềm năng thực hiện công càng to thì cơ năng của vật càng to. 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 ko thực hiện công. Nhưng vì nó với khả năng thực hiện công (lúc được thả hay ném) nên vật đó vẫn với cơ năng. 

Cơ năng với Hai dạng chính là động năng và thế năng. Trong đó:

• Cơ năng của vật lúc 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 quyến rũ. Thế năng quyến rũ bằng 0 lúc vật nằm trên mặt đất. Vật với khối lượng càng to và ở vị trí càng cao thì thế năng quyến rũ càng to. Trong lúc 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 với khối lượng càng nặng và chuyển động càng nhanh thì động năng càng to. Nếu vật đứng yên thì động năng bằng 0.

Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường

Trọng trường là ko gian trong đó những vật chịu sức hút của Trái Đất (trọng lực). Lúc một vật chuyển động trong trọng trường, cơ năng của một vật bằng tổng thế năng và động năng của vật đó.

Ta với công thức tính cơ năng: 

W = Wđ + Wt = 1/2mv2 + mgz.

Lúc một vật chuyển động trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực (ko với 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 trái lại.
• Tại một vị trí nhất định, động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và trái lại.

Cơ năng của một vật lúc chịu tác động của lực đàn hồi

Lực đàn hồi được gây bởi sự biến dạng của một lò xo. Lúc một vật chỉ chịu tác dụng của lực này (ko với 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 với 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 véc tơ vận tốc tức thời 10 m/s, lấy g = 10 m/s2.

1. Tìm độ cao cực đại vật với thể đạt được so với mặt đất.
2. Wđ = 3 Wt lúc ở vị trí nào?
3. Tính véc tơ vận tốc tức thời của vật này lúc Wđ = Wt.
4. Tính véc tơ vận tốc tức thời của vật này trước lúc chạm đất.

Lời giải:

1. Cơ năng tại O: W(O) = (1/2) m v02 + mgh.

Cơ năng tại A được tính bằng: W(A) = mgh.

Dựa theo định luật bảo toàn cơ năng: W(O) = W(A).

1. b) Tính h1 để: Wđ1 = 3 Wt3.

Chúng ta gọi C là điểm với Wđ1 = 3 Wt3 .

Cơ năng tại C được tính bằng: W(C) = 4 Wt1 = 4 mgh1.

Theo định luật bảo toàn cơ năng, ta với công thức:

Gọi D là điểm với Wđ2 = Wt2.

Cơ năng tại D được tính bằng: W(D) = Hai Wđ2 = m v22

Căn cứ vào định luật bảo toàn cơ năng: W (D) = W (A).

1. Cơ năng tại B được tính bằng: W (B) = (1/2) mv2.

Bài 2: Một vật được ném thẳng đứng lên cao từ độ cao h so với mặt đất với véc tơ vận tốc tức thời là 20 m/s. Lúc chạm đất véc tơ vận tốc tức thời của vật là 30 m/s, ko tính sức cản ko khí. Lấy g = 10 m/s2.

1. Tính độ cao h.
2. Tính độ cao cực đại của vật so với mặt đất.
3. Véc tơ vận tốc tức thời của vật bằng bao nhiêu lúc động năng bằng 3 lần thế năng.

Lời giải:

Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng, ta với: W (O) = W (B).

1. Gọi A là độ cao cực đại vật với 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 với phương thức: W (A) = W (B)

1. Gọi C là điểm mà Wđ(C) = 3Wt(C).

Cơ năng tại C:

Từ định luật bảo toàn cơ năng, ta với cách tích: W(C) = W(B).

 Trên đây là tri thức cơ bản cần nắm được về cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng. Kỳ vọng qua bài viết này, những bạn học trò đã hiểu rõ về cơ năng và với thể vận dụng trong việc giải những bài tập vật lý của mình.