1. Công cơ học
a, Định nghĩa
- Công cơ học là công của lực tác dụng vào vật và làm cho vật chuyển dời.
- Công thức tính công cơ học: A = F.s
- Trong đó: F là lực tác dụng lên vật [N]
s là quãng đường dịch chuyển của vật [m]
- Đơn vị hợp pháp của công cơ học là Jun [ kí hiệu J ] : 1J = 1N.1m = 1N.m
b, Định luật về công
- Không một máy cơ đơn giản nào cho lợi về công, được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.
c, Hiệu suất của máy
Trong thực tế, ở các máy cơ đơn giản bao giờ cũng có ma sát, do đó công thực hiện phải dùng để thắng được lực ma sát và nâng vật lên. Công này gọi là công toàn phần [Atp], công nâng vật lên là công có ích [Ai]. Công để thắng lực ma sát là công hao phí [Ahp].
Atp = Ai + Ahp
- Hiệu suất của máy: H = $\frac{A_{i}}{A_{tp}}$.100%
2. Công suất
- Công suất là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh công, được xác định bằng công thực hiện được trong một đơn vị thời gian.
- Công thức: P = $\frac{A}{t}$
- Trong đó: A là công thực hiện được
t là thời gian thực hiện công đó
- Đơn vị công suất là Oát [ kí hiệu W ]
1W = 1J/s [Jun trên giây]
1kW = 1000W ; 1MW = 1000000W.
3. Cơ năng
- Khi một vật có khả năng thực hiện công cơ học thì vật có cơ năng. Cơ năng của vật bao gồm động năng và thế năng.
- Thế năng hấp dẫn của một vật là một dạng cơ năng, phụ thuộc vào vị trí của vật đối với mặt đất.
- Thế năng đàn hồi của vật là một dạng cơ năng, phụ thuộc vào độ biến dạng đàn hồi của vật.
- Động năng của vật là dạng cơ năng do chuyển động mà có.
II. Phương pháp giải
1. Dạng 1: Tính công cơ học
- Áp dụng công thức: A = F.s
- Trong đó: F là lực tác dụng lên vật [N]
s là quãng đường dịch chuyển của vật [m]
* Chú ý:
- Công thức trên chỉ sử dụng khi hướng của lực trùng với hướng chuyển động của vật.
- Khi hướng của lực ngược với hướng chuyển động thì: A = -F.s
- Khi hướng của lực vuông góc với hướng chuyển động thì: A = 0
Ví dụ 1: Một đầu máy xe lửa kéo các toa xe bằng lực F = 6000N. Tính công của lực kéo khi các toa xe chuyển động được quãng đường s = 4km.
Hướng dẫn:
s = 4km = 4000m
Công của lực kéo: A = F.s = 6000.4000 = 24.10$^{6}$ [J]
2. Dạng 2: Tính công suất
- Áp dụng công thức: P = $\frac{A}{t}$
- Trong đó: A là công thực hiện được, t là thời gian thực hiện công đó.
- Lưu ý: Trong trường hợp đề bài cho lực đẩy trung bình và vận tốc chuyển động của vạt thì công suất được tính: P = $\frac{A}{t}$ = $\frac{F.s}{t}$ = F.v
Ví dụ 2: Một máy bay trực thăng khi cất cánh, động cơ tạo ra một lực chuyển động 6400N, sau 1 phút máy bay đạt được độ cao 800m. Tính công suất của động cơ máy bay.
Hướng dẫn:
1 phút = 60 s
Công của động cơ máy bay là:
A = F.s = 6400.800 = 512.10$^{4}$ [J]
Công suất của động cơ máy bay là:
P = $\frac{A}{t}$ = $\frac{512.10^{4}}{60}$ = 85333 [W]
3. Dạng 3: Vận dụng định luật bảo toàn công
- Ròng rọc cố định: Chỉ có tác dụng đổi hướng của lực, không lợi về lực cũng không lợi về đường đi, tức là không cho lợi về công.
- Ròng rọc động: Lợi 2 lần về lực, thiệt 2 lần về đường đi, không cho lợi về công.
- Mặt phẳng nghiêng: Lợi về lực, thiệt về đường đi, không cho lợi về công.
- Đòn bẩy: Lợi về lực, thiệt về đường đi, hoặc ngược lại, không cho lợi về công.
4. Dạng 4: Tính hiệu suất
Áp dụng công thức:
- Atp =Ai + Ahp
- Hiệu suất máy: H = $\frac{A_{i}}{A_{tp}}$.100%
Ví dụ 3: Người ta cần đưa 20m3. nước cất lên độ cao 5m. Biết hiệu suất của máy bơm là 80% và khối lượng riêng của nước là 1000kg/m3. Tính công của máy bơm sinh ra.
Hướng dẫn:
Công cần thực hiện: Ai = F.s = 10ms = 10VDs = 10.20.1000.5 = 10$^{6}$ [J]
Do H = 80%, nên công thực tế mà máy bơm sinh ra là:
Atp = $\frac{A_{i}}{H}$ = $\frac{10^{6}}{0,8}$ = 1,25.10$^{6}$ [J]
B. Bài tập và hướng dẫn giải
Bài 1: Một người dùng búa tác dụng một lực 450N vào một cái đinh, làm đinh cắm sâu vào gỗ 0,8cm. Nếu người đó tác dụng một lực 430N, thì phỉa đóng hai lần đinh mới cắm sâu vào gỗ 0,8cm. Đóng đinh bằng cách nào thì ít tốn công hơn.
=> Xem hướng dẫn giải
Bài 2: Một vận động viên bơi lội tác dụng một lực đẩy hướng ra phía sau theo phương ngang có độ lớn trung bình 70N. Chiều dài mỗi sải tay bơi của anh là 1,65m. Tính công của vận động viên và công suất của cánh tay anh ta nếu anh ta đập tay 100 lần/phút.
Bài 3: Một xe chuyển động đều, lực kéo của động cơ là 1200N. Trong 1 phút công sản ra là 450000J. Tính vận tốc chuyển động của xe.
=> Xem hướng dẫn giải
Bài 4: Hai ròng rọc động R1 và R2 và một ròng rọc cố định R3 được nối với nhau như hình vẽ. Một vật có khối lượng m = 80kg được treo vào ròng rọc R1. Khối lượng của các ròng rọc nhỏ không đáng kể.
a, Lực kéo F phải bằng bao nhiêu để vật nặng được kéo lên với tốc độ không đổi?
b, Muốn nâng vật nặng lên 3m thì lực F phải kéo dây thừng xuống một đoạn dài bao nhiêu?
=> Xem hướng dẫn giải
Bài 5: Người ta kéo vật khối lượng m = 24kg lên một mặt phẳng nghiêng có chiều dài s = 15m và độ cao h = 1,8m. Lực cản do ma sát trên đường là Fc = 36N.
a, Tính công của người kéo. Coi vật chuyển động đều.
b, Tính hiệu suất của mặt phẳng nghiêng
=> Xem hướng dẫn giải
Từ khóa tìm kiếm: chuyên đề vật lý lớp 8, các dạng bài tập vật lý 8, chuyên đề lý 8 Công cơ học và cơ năng, bài tập vật lý 8 phần cơ học
Công thức tính công: Công thức tính công cơ học khi lực F làm dịch chuyển một quãng đường s theo phương của lực : A = F. s.
Đơn vị của công là Jun, [kí hiệu là J]. 1 J= 1N. 1 m = 1Nm. Bội số của Jun là kilojun [kí hiệu là kJ], 1kJ = 1 000J.
Lưu ý: Chỉ áp dụng cho trường hợp vật chuyển dời theo phương của lực, còn khi vật chuyển dời theo phương vuông góc với lực thì công của lực đó bằng 0.
Công cơ học [kí hiệu A] là năng lượng sinh ra khi một lực $\vec{F}$ tác dụng vào vật làm vật dịch chuyển được một quãng đường là s:
Biểu thức công cơ học:
A = F × s × cosα
trong đó
- A: công cơ học gọi tắt là công [J]
- s: quãng đường dịch chuyển [m]
- F: độ lớn của lực tác dụng [N]
- α = $\vec{F},\vec{s}$: là góc hợp bởi véc tơ lực và véc tơ chuyển dời.
Công cơ học là đại lượng vô hướng có thể âm, dương, hoặc bằng 0 phụ thuộc vào góc hợp bởi phương của lực tác dụng và hướng chuyển dời của chuyển động
- A > 0: lực sinh công dương [công phát động]
- A < 0: lực sinh công âm [công cản]
- A = 0: lực không sinh công
Biểu thức công được nhà toán học người Pháp Gaspard-Gustave đưa ra năm 1826. Trong hệ đơn vị SI công có đơn vị là Jun [J] là đơn vị chung của các dạng năng lượng, từ biểu thức [1] => 1J=1N.1m => 1J là năng lượng sinh ra khi một lực có độ lớn 1N làm vật dịch chuyển được quãng đường 1m theo phương của lực tác dụng.
Khái niệm công suất:
Công suất là đại lượng vật lí đặc trưng cho tốc độ thực hiện công [tốc độ tiêu hao năng lượng] của một vật [người, máy móc …] Biểu thức tính công suất:
\[P=\dfrac{A}{t}\]
Trong đó:
- P: công suất [W]
- A: công cơ học [J]
- t: thời gian thực hiện công [s]
Trong trường hợp lực \[\vec{F}\] không đổi, vật chuyển động theo phương của lực tác dụng ta có
\[P = \dfrac{A}{t} = F\dfrac{s}{t} =F.v\]
- nếu v là vận tốc trung bình thì P là công suất trung bình
- nếu v là vận tốc tức thời thì P là công suất tức thời.
Đơn vị của công suất là W [Watt lấy tên theo nhà vật lí học James Watt người đã cải tiến thành công động cơ hơi nước nâng cao hiệu suất làm việc của nó lên gấp nhiều lần]
Hiệu suất
\[H=\dfrac{A’}{A}\]
- A’: là công có ích [đã loại bỏ công cản] [J]
- A: công toàn phần [J]