V v Kết quả
2.4 BÀI TẬP VỀ ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG 1 Những kiến thức cơ bản cần trang bị
2.4.1 Những kiến thức cơ bản cần trang bị
2.4.1.1 Cụng - Cụng thức tớnh cụng tổng quỏt: A=F.S.cosα - Cỏc trường hợp đặc biệt: α =0→ A>0 α =900 → A=0 α =1800 → A<0 - Cụng của trọng lực A=mg(h1−h2) h1 >h2 →A>0 h1 <h2 →A<0
- Cụng của trọng lực chỉ phụ thuộc vào vị trớ điểm đầu và điểm cuối - Cụng của lực đàn hồi: ( ) 2 2 2 2 1 x x k A= −
- Cụng của lực đàn hồi phụ thuộc vào vị trớ điểm đầu và điểm cuối. - Cụng của lực ma sỏt: A=−Fms.S
Nếu vật đang chuyển động với vận tốc v0,do lực ma sỏt vật chuyển động chậm dần và dừng lại thỡ: 2 2 0 mv A=−
Cụng của lực ma sỏt phụ thuộc vào dạng đường đi: - Định luật bảo toàn cụng:
Tất cả cỏc mỏy cơ học đều khụng làm lợi cho ta về cụng. Giỏ trị cụng khụng đổi
24.1.2 Cụng suất
t A P=
P= F.v ( cụng suất trung bỡnh, cụng suất tức thời ) * Một số vấn đề cần chỳ ý khi giải bài tập:
- Cụng thức tớnh cụng A=F.S.cosα , khi sử dụng để tớnh F cú thể là lực cụ thể và cú thể là hợp lực của một số lực nào đú. Vỡ vậy cần xỏc định rừ tớnh cụng của lực nào?
- Xỏc định gúc α giữa phương của lực và độ dời. Dựng định luật II Niutơn xỏc định lực nếu lực đú khụng cho trước .Nếu khụng biết s thỡ dựa vào cỏc phương trỡnh động học, động lực học để tỡm. - Cụng thức tớnh cụng suất: Fv t Fs t A P= = = chỉ dựng cho trường hợp chuyển động thẳng đều, lực tỏc dụng khụng đổi và cú phương song song với độ dời.
- Trường hợp chuyển động nhanh dần đều trờn một đường thẳng, lực ma sỏt khụng đổi, F song song với s.
P=F(v+v0)/2
2.4.1.3 Định luật bảo toàn năng lượng:
Những bài tập phần này nhằm giỳp người học hiểu một cỏch sõu sắc cỏc khỏi niệm năng lượng và sự chuyển húa giữa chỳng.
(*) Năng lượng: Đú là đại lượng biểu thị đặc tớnh của một vật hay hệ vật (hệ kớn) cú khả năng thực hiện cụng. Năng lượng được đo bằng cụng lớn nhất mà vật hay hệ vật cú thể thực hiện được trong những điều kiện xỏc định.
(*) Động năng : Động năng là năng lượng do chuyển động của vật mà cú 2
2
mv Fd = Nú là một đại lượng vụ hướng
(*) Định lý về động năng:
Độ biến thiờn động năng của một vật (hay hệ vật) bằng cụng của ngoại lực tỏc dụng lờn vật (hay hệ vật) A mv mv W Wd − d = − = 2 2 2 1 2 2 1 2 (*) Thế năng : - Lực thế là gỡ?
Lực thế là những lực mà cụng của chỳng khụng phụ thuộc vào dạng quỹ đạo của vật chịu lực, chỉ phụ thuộc vào vị trớ điểm đầu và điểm cuối, nếu quỹ đạo kớn thỡ cụng của lực thế bằng khụng .
Vớ dụ:- Thế năng hấp dẫn của hệ vật và trỏi đất.
- Thế năng đàn hồi của lũ xo bị nộn hay dón
- Thế năng của vật được nõng lờn ở độ cao h so với mặt đất
mgh Wt =
Thế năng của một vật biến dạng đàn hồi 2
2
kx Wt =
- Cụng của trọng lực bằng độ giảm thế năng
A=Wt1−Wt2hayA=−(Wt1 −Wt2)=−∆Wt
(*) Định luật bảo toàn cơ năng:
Trong hệ kớn, khụng cú lực ma sỏt thỡ sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng nhưng tổng của chỳng là cơ năng được bảo toàn.
const E
Hay (W =Wd +Wt =const) (*) Định luật bảo toàn năng lượng:
- Trong một hệ kớn cú sự chuyển húa năng lượng từ dạng này sang dạng khỏc, từ vật này sang vật khỏc nhưng năng lượng tổng cộng được bảo toàn.
- Từ định luật bảo toàn năng lượng rỳt ra hệ quả: Khụng cú động cơ vĩnh cửu.
Khi giải bài tập cần tập trung vận dụng cỏc định luật bảo toàn cơ năng, định luật bảo toàn năng lượng để phõn tớch, giải thớch những hiện tượng trong tự nhiờn, trong đời sống của con người. Sử dụng những định luật trờn giải những bài tập Vật lý được coi là cỏch giải đơn giản hơn so với việc vận dụng những kiến thức của phần động học, động lực học mà người học đó học trước đú.
Cần lưu ý rằng: Định luật bảo toàn năng lượng đỳng cho mọi trường hợp nhưng xột riờng cơ năng thỡ trong nhiều trường hợp nú cú thể khụng được bảo toàn. Giải cỏc bài tập vật lý trong phần này trỡnh tự cũng như giải cỏc bài tập trong phần định luật bảo toàn động lượng.
(*) Ứng dụng hai định luật trong sự va chạm:
- Va chạm là gỡ? Tại sao núi hai vật va chạm cú thể coi là hệ kớn ?
Va chạm là sự tương tỏc giữa hai vật xảy ra trong một thời gian rất ngắn , trong thời gian ấy xuất hiện nội lực rất lớn làm thay đổi đột ngột động lượng của chỳng. Hệ hai vật va chạm cú thể coi là hệ kớn vỡ cỏc nội lực rất lớn nờn người ta cú thể bỏ qua cỏc ngoại lực thụng thường (như trọng lực chẳng hạn).
- Phõn biệt va chạm đàn hồi và va chạm mềm
Va chạm đàn hồi: Động năng, động lượng của hệ được bảo toàn.
Va chạm mềm (va chạm khụng đàn hồi): Sau va chạm hai vật dớnh vào nhau và cú cựng vận tốc, một phần động năng đó biến thành nội năng. Chỉ cú động lượng của hệ bảo toàn.
Lưu ý: Cỏc bài tập về định luật bảo toàn động lượng ngoài điều kiện hệ
kớn, thỡ định luật được xột trong hệ quy chiếu quỏn tớnh (thường là hệ quy chiếu gắn với trỏi đất) cũn định luật bảo toàn cơ năng thỡ chọn hệ quy chiếu nào tựy thuộc vào điều kiện của bài toỏn cụ thể.
(*) Định luật Becnuli: Tổng ỏp suất tĩnh và ỏp suất động khụng đổi dọc theo ống nằm ngang : const p = 2 v + ρ 2