Động năng là gì? Đơn vị, công thức tính động năng, ví dụ

https://thapgiainhietliangchi.com/co-nang-la-gi/Động năng là một dạng năng lượng của một vật có được khi chúng đang chuyển động. Trong cuộc sống bạn sẽ được gặp rất nhiều các hiện tượng điển hình về động năng như: Thác nước, đập thủy điện, cối xay gió,… Để tìm hiểu kỹ hơn về động năng là gì, cũng như đơn vị, công thức tính như thế nào, mời bạn đọc tham khảo bài viết sau đây!

Động năng là gì cho ví dụ?

Động năng của vật là gì?

Để hiểu rõ hơn về động năng của một vật là gì, trước hết chúng ta cần phải hiểu năng lượng là gì? Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của vật bất kỳ. Năng lượng là một đại lượng bảo toàn, không tự nhiên sinh ra cũng không tự nhiên mất đi.

Năng lượng được tồn tại dưới rất nhiều dạng khác nhau như: cơ năng, nội năng, năng lượng từ trường,…

Năng lượng có khả năng giúp chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác hay vật này sang vật khác như: truyền nhiệt, thực hiện công, phát ra tia mang năng lượng,…

Các vật ở xung quanh chúng ta đều mang năng lượng. Khi chúng tương tác với vật khác sẽ có thể trao đổi năng lượng.

Vậy thế nào là động năng? Động năng của một vật là dạng năng lượng mà vật có được từ chính chuyển động của nó. Khi một vật có động năng, vật có thể tác dụng lực lên vật khác, động năng sẽ chuyển thành lực sinh công.

Hãm động năng là gì? Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc giống như một máy phát mà năng lượng cơ học của động cơ tích lũy được khi làm việc trước đó biến thành điện năng, tiêu tán dưới dạng nhiệt trong quá trình hãm.

Ví dụ về động năng

Từ lâu, người Hà Lan đã thông qua các cối xay gió để giúp biến năng lượng chuyển động từ gió thành công cơ học nhằm giúp thực hiện chạy các máy xay đơn giản.

Dùng năng lượng từ chuyển động của các dòng không khí (gió) thành công cơ học để thực hiện công việc giúp bơm nước từ các giếng sâu lên mặt đất.

Năng lượng có được từ chuyển động của các dòng không khí giúp các cánh quạt quay, chuyển động quay này của cánh quạt sẽ được nối với các tuabin của máy phát điện. Năng lượng sinh ra được dùng trong mục đích hàng ngày như thắp sáng, tủ lạnh, sạc pin, điều hòa,…

Xem thêm: Nhiệt năng là gì? Đơn vị, công thức tính nhiệt năng, ví dụ

Công thức tính động năng

Động năng là dạng năng lượng của một vật có được nhờ chúng đang chuyển động. Động năng được xác định theo công thức sau đây:

Wđ=1⁄2 m.v²

Trong đó: 

• m: là khối lượng của vật (kg)
• v: là vận tốc của vật (m/s)
• Wđ: là động năng (J).

Động năng kí hiệu là gì?

Ký hiệu của động năng là Wđ, còn đơn vị của động năng là jun (J)

Động năng ở hữu các tính chất đơn giản sau:

• Động năng chỉ bị phụ thuộc độ lớn vận tốc, không bị phụ thuộc hướng vận tốc.
• Đây là đại lượng vô hướng, có giá trị dương.
• Động năng mang tính tương đối.

Xem thêm: Thế năng là gì? Công thức tính thế năng đàn hồi & trọng trường

Tìm hiểu động năng của vật rắn

Ở cơ học cổ điển, động năng của một chất điểm hay một vật không quay, có phương trình với m là khối lượng, v là vận tốc của vật. Trong hệ SI, khối lượng đo bằng kilogram, tốc độ đo bằng m/s, và động năng đo bằng Jun.

Ví dụ: Vật có khối lượng 80kg di chuyển với tốc độ 18 m/s (65 km/h) thì động năng của nó là bao nhiêu?

Ek = (1⁄2).80.182 J = 12.96 kJ

Động năng tỷ lệ theo bình phương tốc độ, cho nên một vật tăng gấp đôi tốc độ sẽ có động năng gấp tới 4 lần so với tốc độ ban đầu. 

Ví dụ, một chiếc xe hơi nếu như di chuyển nhanh gấp đôi chiếc khác sẽ phải tốn một quãng đường gấp bốn lần để dừng nếu như lực thắng là bằng nhau.

Động năng của vật được liên hệ với động lượng theo phương trình sau:

Trong đó:

• p là động lượng
• m là khối lượng của vật

Động năng tịnh tiến của vật rắn là gì?

Động năng tịnh tiến là dạng động năng liên quan đến các chuyển động tịnh tiến của vật rắn có khối lượng không đổi m, khối tâm di chuyển với tốc độ v bằng với:

Trong đó:

• m: là khối lượng của vật
• V: là tốc độ khối tâm của vật.

Động năng của bất kỳ vật nào cũng sẽ phụ thuộc vào hệ quy chiếu mà nó được đo. Tuy nhiên, tổng năng lượng của một hệ cô lập thì không thay đổi trong bất kỳ hệ quy chiếu nào. 

Vì thế phần hóa năng được chuyển thành động năng bởi động cơ tên lửa bị phân chia và khí thải phụ thuộc vào hệ quy chiếu được chọn, chúng được gọi là hiệu ứng Oberth. Tổng năng lượng của hệ, bao gồm cả động năng, hóa năng.,.. được bảo toàn theo thời gian. Tuy nhiên, giá trị tổng năng lượng sẽ khác nhau trong hệ quy chiếu khác nhau.

Động năng của một hệ được phụ thuộc và cách chọn hệ quy chiếu: hệ quy chiếu cho giá trị động năng nhỏ nhất mà trong đó tổng động lượng của hệ bằng không. Giá trị động năng nhỏ nhất được đóng góp vào khối lượng bất biến của hệ.

Xem thêm: Cơ năng là gì? Đơn vị, công thức tính cơ năng

Định lý động năng

Độ biến thiên động năng của một vật bằng công ngoại lực được tác dụng vào vật. Động năng của vật tăng khi lực tác dụng lên vật sinh công dương (vật thu thêm công hay vật sinh công âm). Ngược lại, nếu như lực tác dụng lên vật sinh công âm, động năng của vật giảm (vật sinh công dương).

Công do lực F sinh ra được tính dựa theo công thức sau đây:

Ta có hệ quả:

• Lực tác dụng lên vật mà sinh công dương: động năng của vật tăng.
• Lực tác dụng lên vật mà sinh công âm: động năng của vật giảm.

Biểu thức Động năng của vật:

Wđ = 1⁄2 mv${}^{}$ = 0,5mv${}^{}$

Trong đó:

• Wđ: động năng của vật (J)
• m: khối lượng của vật (kg)
• v: vận tốc của vật (m/s)

Động năng là đại lượng gì? Động năng là đại lượng vô hướng, có thể dương hoặc bằng không.

Ta có định lý động năng như sau: Độ biến thiên động năng ΔWđ=Wđ${}_2$ – Wđ${}_1$ sẽ bằng với công của ngoại lực tác dụng vào vật. Ta có biểu thức như sau:

ΔWđ = Wđ${}_2$– Wđ${}_1$ = 1⁄2 mv${}_2$${}^{}$− 1⁄2 mv${}_1$${}^{}$ = A​

• Nếu như v${}_2$ > v${}_1$ => ΔWđ> 0 => A > 0: ngoại lực sinh công phát động khiến động năng của vật tăng.
• Nếu v${}_2$ < v${}_1$ => ΔWđ< 0 => A < 0: Thì ngoại lực sinh công cản khiến cho động năng của vật bị giảm.

Xem thêm: Hóa năng là gì? Vai trò, Ví dụ về hóa năng trong cuộc sống

Bài tập động năng

Bài 1: Khi nào động năng của vật biến thiên, tăng lên và giảm đi?

Hướng dẫn:

• Động năng của vật tăng lên khi lực tác dụng lên vật làm sinh công dương (A > 0)
• Động năng của vật giảm đi khi lực tác dụng lên vật sinh công âm (A < 0)
• Động năng của vật biến thiên khi lực sinh công thì động năng của vật biến thiên.

Bài 2: Động năng của một vật tăng khi:

1. Gia tốc của vật a>0
2. Vận tốc của vật v>0
3. Các lực tác dụng lên vật sinh công dương
4. Gia tốc của vật tăng

Hướng dẫn:

Đáp án: C. Bởi vì, động năng của vật tăng nên suy ra A>0, vì thế lực tác dụng lên vật sinh công dương.

Bài 3: Một chiếc ô tô có khối lượng 1000kg đang chuyển động với vận tốc 80 km/h. Hỏi động năng của ôtô là bao nhiêu?

1. 2,52.10 J
2. 2,47.10 J
3. 2,42.10 J
4. 3,20.10 J

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là B. 2,47.10 J

Ta có: vận tốc v = 80 km/h = 200/9 m/s. Áp dụng vào công thức để tính động năng ta có:

Bài 4: Hãy tính động năng của một vận động viên có khối lượng 70kg chạy đều hết một quãng đường 400m trong khoảng thời gian là 45s.

Hướng dẫn:

Ta có động năng của vận động viên là:

Như vậy chúng ta đã có thể trả lời được cho câu hỏi động năng là gì, cũng như công thức và một số bài tập cơ bản về động năng. Hy vọng chúng sẽ hữu ích, giúp bạn nắm rõ hơn kiến thức về động năng để giải các dạng bài tập có liên quan.