- Xây dựng bài tập vận dụng theo mục tiêu: đây là những tình huống mới tiếp tục kiểm chứng kết luận.
2.2. Quan niệm hiện nay về định luật bảo toàn năng lượng và các đại lượng có liên quan
liên quan
Quan điểm hiện nay cho rằng: thế giới vật chất luôn luôn vận động và biến
đổi dưới nhiều hình thức khác nhau, mức độ vận động của chúng cũng rất khác nhau. Đểđặc trưng cho mức độ vận động của vật chất thì người ta đưa ra khái niệm năng lượng. Năng lượng là sốđo mức độ vận động chung nhất của vật chất. Nó phụ
thuộc vào trạng thái của vật chất ở các thời điểm khác nhau và là một hàm của trạng thái. Trong vật lí có các dạng vận động khác nhau và tương ứng với các dạng vận
động đó sẽ có những dạng năng lượng khác nhau.Ví dụ: tương ứng với vận động cơ
học của các vật vĩ mô thì thì có dạng năng lượng cơ năng, ứng với vận động nhiệt của các phân tử nguyên tử có dạng năng lượng là nhiệt năng, ứng với vận động của các trường điện từ có điện năng, ứng với vận động của các hạt ánh sáng có quang năng, ứng với vận động của các hạt vi mô bên trong nguyên tử và hạt nhân có năng
lượng nguyên tử và hạt nhân.Và mỗi dạng năng lượng được biểu diễn bởi những biểu thức năng lượng khác nhau. Vận động nói chung có tính tương đối nên năng lượng cũng có tính tương đối.Trong những hệ quy chiếu khác nhau thì năng lượng của vật chất khác nhau. Có hai hình thức truyền năng lượng là truyền nhiệt và sinh công. Nếu một hệ là cô lập thì năng lượng tổng cộng của hệ là không đổi, dù bên trong hệ có diễn ra rất nhiều quá trình với nhiều biến đổi năng lượng của các phần tử của hệ đó.Và ta luôn luôn có thể mở rộng một hệ để nó trở thành một hệ cô lập.Vì vậy, nếu xét một cách tổng quát thì năng lượng cùa cả vũ trụ là một hằng số, và trong vũ trụ chỉ có các quá trình biến đổi năng lượng chứ không có quá trình sinh hoặc hủy năng lượng. Đây là nội dung của định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng hay gọi tắt là định luật bảo toàn năng lượng.
Như trên đã nói, ứng với vận động cơ học sẽ có dạng năng lượng là cơ năng và trường hợp riêng của định luật bảo toàn năng lượng là định luật bảo toàn cơ
năng. Cơ năng bao gồm hai dạng là động năng và thế năng. Trong đó, động năng là số đo lượng chuyển động cơ học, nó được xác định bằng biểu thức 1 2
2
đ
W mv .
Động năng là một hàm của vận tốc, nó phụ thuộc vào hệ quy chiếu. Khi có lực tác dụng vào hệ và lực này sinh công thì sẽ làm biến đổi động năng của hệ. Độ biến thiên động năng của hệ bằng tổng công của các ngoại lực tác dụng lên hệ:
2 1
đ đ
W W A. Đây là nội dung của định lí động năng. Dạng cơ năng thứ hai là thế năng tương tác cơ học.Thế năng này bao gồm thế năng hấp dẫn và thế năng
đàn hồi.Thế năng hấp dẫn là số đo mức độ vận động do tương tác hấp dẫn gây ra. Thế năng hấp dẫn giữa trái đất và vật trên bề mặt trái đất gọi là thế năng trọng trường và được xác định bằng biểu thức Wt mgz(nếu ta chọn mặt đất làm gốc thế
năng).Thế năng đàn hồi là số đo mức độ vận động do tương tác đàn hồi gây ra.Thế
năng đàn hồi của một lò xo bị biến dạng kéo hay nén một đoạn l được xác định bởi biểu thức 1 2
2
t
W K l (nếu chọn vị trí lò xo không biến dạng làm gốc thế
bởi biểu thức: Wt 2 Wt 1 Athê. Lực thế là lực mà công của nó không phụ
thuộc vào dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí đầu và vị trí cuối. Trong cơ
học có lực hấp dẫn và lực đàn hồi là lực thế, trọng lực là một trường hợp riêng của lực hấp dẫn. Cơ năng của một hệ vật bao gồm tổng của động năng và thế năng. Nếu một vật chuyển động trong trường lực thế thì sẽ có sự chuyển hóa qua lại giữa động năng và thế năng nhưng cơ năng của hệ là một đại lượng được bảo toàn
đ t
W W W hằng số. Đây là nội dung định luật bảo toàn cơ năng. Khái niệm công có quan hệ chặt chẽ với khái niệm năng lượng, công là một dạng truyền năng lượng. Số đo công của lực không đổi F
trong chuyển dời thẳng một đoạn s là
cos
A Fs , với là góc tạo bởi hướng của lực và hướng của chuyển dời.