Bài giảng Vật lý 1 Chương 4: Công và năng lượng

MỤC TIÊUSau 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.. Tính công của trọng lực đã thực hiện t

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.

( s ) ( s )

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

15N; F 4 = 8N;  = 45 0 ;  = 30 0

Giải Công của lực F 1 là: A 1 = F 1 s.cos = F 1 s = 12.10 = 120J

k (x 1  x 2 )

A  mg(h 1  h 2 )

1 2

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

F ms

 m

v 02 sin 45 0 20 sin 45

4.1 – CÔNG

vận tốc v = 20m/s, xiên góc 45 0 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.

dA dt

tức thời:

Ý nghĩa: Công suất đặc trưng cho khả

năng sinh công của lực.

Đơn vị đo: oát (W)

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: Cơ

năng, Nhiệt năng, Điện năng, Quang năng, Hóa

năng, …

Theo Einstein, một vật có khối lượng m sẽ tương

với c = m/s

ứng với năng lượng E :

Đơn vị đo năng lượng là jun (J).

2

3.10

4.3 – NĂNG LƯỢNG

Năng lượng của hệ cô lập thì không đổi: E = const

2 – Định luật bảo toàn năng lượng:

Suy rộng ra trong toàn vũ trụ: Năng lượng không

tự sinh ra và cũng không tự mất đi, mà chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác, hoặc truyền từ vật này sang vật khác, còn tổng năng lượng không thay đổi.

4.3 – NĂNG LƯỢNG

Một hệ cơ học sẽ trao đổi năng lượng với bên

ngoài thông qua công:

E 2 – E 1 = A

3 - Quan hệ giữa năng lượng và công:

Vậy công là số đo năng lượng mà hệ trao đổi với bên ngoài.

E  mv

2 he

12

tt

E  mv

2

1 2

- Động năng tịnh tiến:

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.

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

2 2

Ah  Ed2  Ed1  0 - mv   2000.10  100kJ

4.5 – THẾ NĂNG

1 – Khái niệm:

Trong trường lực THẾ, ta dùng hàm E t (x,y,z) hay

U(x,y,z) để đặc trưng cho năng lượng tương tác giữa chất điểm với trường lực THẾ, sao cho:

r: k/c từ m tới tâm của M.

C = 0 khi gốc thế năng ở vô cùng

Thế năng của trọng lực:

h: độ cao từ m tới mặt đất.

C = 0 khi gốc thế năng ở mặt đất.

2

6, 67.10 2.10 6.

 5,3.10 J

4.5 – THẾ NĂNG

Ví dụ:

Tính thế năng hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trời, biết

khoảng cách giữa chúng là 150 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.

4.6 – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG

1- Cơ năng và đlbt cơ năng:

Va chạm giữa hai vật là hiện tượng hai vật

tương tác với nhau trong khoảng t/g rất ngắn nhưng động lượng của ít nhất một trong hai vật biến thiến đáng kể.

4.8 – VA CHẠM

1 – Khái niệm va chạm:

Rầm

trạng thái bên trong của các vật không đổi.

Trái lại là va chạm không đàn hồi.

Khi các vectơ vận tốc

- 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:

4.8 – VA CHẠM

4 – Khảo sát va chạm đàn hồi xuyên tâm:

Xét va chạm của hai quả cầu nhỏ trên trục Ox.

4.8 – VA CHẠM

4 – Khảo sát va chạm đàn hồi xuyên tâm:

Hai vật tráo đổi vận tốc cho nhau

2 '

Động năng ban đầu của hệ:

4.8 – VA CHẠM

Ví dụ:

Một hạt có khối lượng m 1 = 1g đang chuyển động với vận tốc 4 (m/s) đến va chạm mềm với một hạt khác có khối lượng m 2 = 3g đang chuyển động với vận tốc 1

(m/s) theo hướng vuông góc với hạt thứ nhất Xác

định vectơ vận tốc của 2 hạt sau va chạm.

v 1 2  3v  4 v' 

4.8 – VA CHẠM

p 2

Vậy, sau va chạm, hai hạt chuyển động với vận

tốc v’ = 1,25m/s theo hướng hợp với vận tốc hạt