Có năng là tổng hợp của cả yếu tố động năng và thế năng, đây là nội dung đặc biệt quan trọng trong chương trình Vật lý. Cùng tìm hiểu cơ năng là gì, đơn vị, công thức tính và định luật bảo toàn cơ năng ngay bài viết sau đây!
Khái niệm cơ năng là gì? Các dạng của cơ năng
Khái niệm
Cơ năng là một đại lượng vật lý nhằm để thể hiện khả năng thực hiện công cơ học của một vật. Vật nếu như có khả năng thực hiện công càng lớn, thì cơ năng của vật cũng sẽ càng lớn. Cơ năng của vật được ký hiệu là W và đơn vị cơ năng tính bằng đơn vị Jun (J).
Các dạng cơ năng
Cơ năng có 2 dạng chính bao gồm:
- Thế năng: là cơ năng của vật khi ở độ cao nhất định. Cơ năng của vật ở độ cao so với mặt đất hay với vị trí chọn làm mốc gọi là thế năng hấp dẫn. Thế năng hấp dẫn bằng 0 nếu như vật nằm trên mặt đất. Thế năng càng lớn nếu như vật có khối lượng càng lớn và ở vị trí càng cao. Còn thế năng đàn hồi là cơ năng của vật phụ thuộc vào độ biến dạng của lò xo.
- Động năng: là cơ năng của vật được tạo ra bởi chuyển động. Động năng càng lớn nếu như vật có khối lượng càng nặng và chuyển động càng nhanh. Nếu như vật đứng yên thì động năng bằng 0.
Công thức tính cơ năng
Ta có công thức cơ năng sau đây:
- Đối với cơ năng chịu tác dụng của trọng lực
W = Wđ + Wt = ½ mv² + ½ kx²
- Đối với cơ năng đó chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi:
W = Wđ + Wt = ½ mv² + mgz
Xem thêm: Thế năng là gì? Công thức tính thế năng đàn hồi & trọng trường
Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động ở trong trọng trường
Khi một vật chuyển động trong trọng trường, thì giá trị tổng của yếu tố động năng và thế năng của vật đó gọi là cơ năng:
W = Wđ + Wt = ½ mv² + mgz.
Ta có định luật bảo toàn cơ năng: Nếu một vật chuyển động chỉ nhờ trọng trường, thì cơ năng của vật đó được bảo toàn.
W = Wđ + Wt = const hay ½ mv² + mgz = const.
Hệ quả của định luật
Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường sẽ biến thiên theo quy luật sau:
- Nếu như động năng giảm thì thế năng tăng lên và ngược lại.
- Tại một thời điểm hay vị trí nhất định, nếu động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại.
Xem thêm: Gia tốc là gì? Phân loại, Công thức tính gia tốc, đơn vị đo
Cơ năng của vật dưới tác dụng của lực đàn hồi
Lực đàn hồi gây ra bởi sự biến dạng của 1 lò xo. Khi một vật nào đó bị tác động bởi lực này (không có tác dụng của lực ma sát, lực cản,…), thì trong quá trình chuyển động cơ năng của vật sẽ bằng tổng động năng, và thế năng đàn hồi là đại lượng bảo toàn. Cơ năng chịu sự tác động của lực đàn hồi
Theo đó, ta có công thức về cơ năng như sau:
W = ½ mv² + ½ k(Δl)² = const
Chú ý:
Định luật bảo toàn cơ năng của vật chỉ áp dụng nếu như vật đó không chịu thêm tác động bên ngoài (trừ hai lực là lực đàn hồi và trọng lực). Nếu tác dụng thêm lực khi vật đang chuyển động sẽ làm cho cơ năng bị thay đổi. Công do ngoại lực tác dụng lên vật sẽ bằng độ biến thiên cơ năng.
Có thể thấy dạng bài tập định luật bảo toàn cơ năng cực phổ biến và quan trọng, chính vì thế các bạn học sinh nên đặc biệt chú ý để nắm chắc nội dung kiến thức này.
Xem thêm: Trọng lực là gì? Lực hấp dẫn là gì? Tìm hiểu Công thức tính và đơn vị đo
Bài tập cơ bản về cơ năng
Câu 1: Việc thả vật A thả rơi tự do sẽ khiến cho các yếu tố liên quan thay đổi như thế nào?
- Giá trị động năng không đổi
- Giá trị thế năng không đổi
- Tổng giá trị động năng, thế năng không đổi
- Tổng giá trị động năng và thế năng sẽ có sự biến thiên không ngừng.
Đáp án đúng: C
Câu 2: Khi vận động viên trượt tuyết trượt xuống một vách đá, tốc độ trượt của vận động viên sẽ tăng lên. Lúc này đối với vận động viên?
- Giá trị động năng, thế năng tăng lên
- Giá trị động năng tăng lên, còn giá trị thế năng giảm xuống
- Giá trị động năng không thay đổi, còn giá trị của thế năng giảm xuống
- Giá trị động năng giảm xuống, còn của thế năng tăng lên
Đáp án đúng: B
Câu 3: Trong quá trình dao động của một con lắc đơn bất kì:
- Động năng đạt giá trị cực đại ở vị trí cân bằng
- Thế năng đạt giá trị cực đại ở vị trí cân bằng
- Giá trị cơ năng bằng 0
- Giá trị của thế năng, động năng bằng nhau
Đáp án đúng: A
Xem thêm: Động năng là gì? Đơn vị, công thức tính động năng, ví dụ
Câu 4: Cơ năng là một đại lượng được biết đến là:
- Vô hướng, luôn mang dấu dương.
- Vô hướng, có thể mang dấu âm, dấu dương hay có giá trị bằng 0.
- Vectơ cùng hướng với hướng của vectơ vận tốc.
- Vectơ có thể mang dấu âm, dấu dương hay các giá trị bằng không.
Đáp án đúng: B
Câu 5: Cho một con lắc lò xo bất kỳ có độ cứng k=100N/m dao động điều hòa với phương trình: x=Acos(wt + ?). Ta có biểu thức của thế năng là Et=0,1cos(4?t +?/2) + 0,1 J. Vậy thì phương trình li độ là gì?
Giải: x = 2 căn 10 cos (2?t + ?/4) cm.
Như vậy với những chia sẻ đầy đủ trên đây của chúng tôi đã giúp bạn đọc có thể trả lời được cho câu hỏi cơ năng là gì, cũng như công thức tính và định luật bảo toàn cơ năng. Hy vọng chúng sẽ hữu ích và giúp bạn đọc có thể giải được các bài tập liên quan đến kiến thức này.
