Công cơ học là một lĩnh vực trong vật lý nghiên cứu về chuyển động và tương tác giữa các vật thể. Công thức tính công cơ học được sử dụng để tính toán năng lượng và lực tác động lên các vật thể. Một ví dụ về công cơ học là chuyển động của một quả bóng được ném lên trên không. Công cơ học phụ thuộc vào các yếu tố như khối lượng, vận tốc và lực tác động. Một số bài tập về công cơ học có thể là tính toán quãng đường di chuyển của một vật
Công cơ học là một khái niệm xuất phát từ chương trình Vật Lý 8 tại Việt Nam, và được sử dụng xuyên suốt trong các lớp cao hơn. Đây là một kiến thức cơ bản và quan trọng trong lĩnh vực vật lý. Bài viết dưới đây sẽ cung cấp các thông tin về công cơ học, bao gồm công thức tính và ví dụ minh họa.
Cơ học là lực tác động lên một vật và tạo ra công. Nó cũng được gọi là công.
Công cơ học chỉ được áp dụng khi có một lực tác động vào vật, làm cho vật chuyển động. Nó là một hành động thực hiện trên một đối tượng, tạo ra một lực dẫn đến sự di chuyển của đối tượng đó.
Table of Contents
2. Công thức tính công cơ học:
Khi có một lực F ảnh hưởng lên vật, vật sau đó di chuyển một khoảng cách s, chúng ta có thể tính công cơ học bằng công thức sau:
A = F.S.
Trong đó:.
F là một lực tác động lên vật (đơn vị Niutơn: N).
S là khoảng cách mà vật chuyển động (m).
A là sản phẩm của lực F(N.M).
Đơn vị công là Jun (kí hiệu là J) 1J = Newton.Met.
Ngoài ra, chúng ta cũng thường sử dụng bội số của Jun là kilojun (viết tắt là kj). 1kj tương đương với 1000J.
Lưu ý:.
Công thức trên chỉ chính xác khi vật di chuyển theo hướng của lực.
Nếu vật di chuyển theo hướng vuông góc với hướng của lực thì công của lực đó là bằng 0.
Nếu vật di chuyển không theo hướng của lực thì công được tính theo công thức khác.
3. Lấy ví dụ về công cơ học:
Để có cái nhìn sâu sắc hơn về lĩnh vực công cơ học, dưới đây chúng tôi xin trình bày một số ví dụ minh họa về công cơ học như sau:
Đầu tàu hỏa kéo các toa tàu di chuyển, trong lúc này đầu tàu thực hiện nguyên lý cơ học.
Con trâu đang kéo một cái cày di chuyển.
Một cá nhân đang trèo núi.
Khi bạn cầm một chiếc túi xách từ dưới mặt đất lên.
4. Công cơ học phụ thuộc vào yếu tố nào?
Công cơ học phụ thuộc vào hai yếu tố là lực tác dụng vào vật và quãng đường vật dịch chuyển, dựa trên công thức tính công cơ học.
Có sự khác biệt về lực tác dụng lên vật trong từng trường hợp. Lực kéo và lực trọng gây ra tác động khác nhau. Ví dụ, khi quả táo rơi từ trên cây, lực tác động lúc này là lực trọng.
Khoảng cách vật chất di chuyển.
Khi muốn tăng hoặc giảm công, người ta cần điều chỉnh một trong hai yếu tố này. Có trường hợp tăng hoặc giảm cả hai yếu tố đồng thời tùy thuộc vào mục đích. Nếu quãng đường di chuyển càng dài, công thực hiện càng lớn và ngược lại. Trong các trường hợp có công và học, ta cần xác định lực nào thực hiện công đó.
5. Một số bài tập về công cơ học:
5.1. Bài tập sách giáo khoa:
Khi quan sát các hiện tượng và cho biết, từ các trường hợp trên, hãy cho biết khi nào sẽ có công cơ học?
Công cơ học xảy ra khi một vật bị tác động lực và chuyển động theo hướng không vuông góc với hướng lực đó. Vì vậy, cả hai tình huống đều liên quan đến công cơ học.
Câu C2 trang 46 Sách giáo khoa Vật Lý 8: Tìm từ phù hợp để điền vào chỗ trống cho các kết luận sau.
Công cơ học chỉ xảy ra khi có (1) sự tác động vào vật, làm cho vật (2) di chuyển theo hướng vuông góc với phương của lực.
Công cơ học chỉ xảy ra khi có lực tác động vào vật làm nó di chuyển theo phương vuông góc so với hướng của lực.
Trong những tình huống sau đây, tình huống nào liên quan đến cơ học?
A) Người công nhân mỏ đang thúc đẩy xe gồm than di chuyển.
B) Một học sinh đang ngồi học kiến thức.
C) Máy xúc đất đang thực hiện công việc.
D) Người tập lực đang nâng vật tạ từ thấp lên cao.
Các trường hợp có cơ học nền là a), c), d).
Bởi vì trong cả ba trường hợp, vật đều bị tác động bởi một lực và di chuyển (cụ thể là: xe gồng di chuyển, máy xúc di chuyển và quả tạ di chuyển).
Trong các trường hợp sau đây, lực nào thực hiện công cơ học?
A) Đầu tàu hỏa đang kéo đoàn tàu di chuyển.
B) Quả bưởi rơi từ trên cây xuống.
C) Người lao động sử dụng cần cẩu cố định để kéo lên vật nặng lên cao.
A) Lực hấp dẫn của đầu tàu thực hiện công.
B) Lực hấp dẫn thực hiện công.
C) Sức kéo của người lao động thực hiện công việc.
Đầu tàu hỏa kéo toa xe với một lực F = 5000N, khiến toa xe di chuyển được quãng đường 1000m. Hãy tính công của lực kéo từ đầu tàu.
Công của lực hấp dẫn là:
A = F.S = 5000.1000 = 5000000J = 5000kJ.
Một quả dừa có khối lượng 2kg rơi từ trên cây và rơi xuống mặt đất cách xa 6m. Hãy tính công của trọng lực.
Trọng lực của quả dừa P = m.G = 2.10 = 20N.
Công của trọng lực được tính bằng công thức A = P.H = 20.6 = 120J.
Tại sao trong trường hợp hòn bi chuyển động trên mặt sàn nằm ngang, không có sự tác động của trọng lực đến công cơ học?
Trọng lực luôn vuông góc với phương chuyển động của hòn bi, do đó không có công cơ học trong trường hợp này.
5.2. Bài tập sách bài tập:
Câu trả lời nào sau đây là đúng?A) Công sinh ra ở lượt đi lớn hơn công sinh ra ở lượt về.B) Công sinh ra ở lượt đi nhỏ hơn công sinh ra ở lượt về.C) Công sinh ra ở lượt đi bằng công sinh ra ở lượt về.D) Không thể so sánh được công sinh ra ở lượt đi và công sinh ra ở lượt về.
A. Công trong chuyến đi bằng công trong chuyến về vì đoạn đường đi là như nhau.
B. Công trong lượt đi cao hơn vì lực hút trong lượt đi lớn hơn lực hút trong lượt về.
C. Công trong vòng lặp thứ hai lớn hơn vì xe không thì di chuyển nhanh hơn.
D. Công ở chuyến đi nhỏ hơn vì kéo xe nặng thì di chuyển chậm hơn.
Lời giải:.
Chọn B.
Khi điều khiển xe chở đất, nên áp dụng công suất lớn hơn khi lượt đi vì lực kéo trong lượt đi lớn hơn lực kéo trong lượt về khi xe không có đất.
Bài 13.2 (trang 37 Sách bài tập Vật Lí 8) Một viên bi sắt trượt trên một bàn phẳng nằm ngang. Nếu không có ma sát và sức cản của không khí, liệu có sự thực hiện công nào xảy ra không?
Lời giải:.
Không có công nào được thực hiện. Vì theo phương chuyển động của hòn bi thì không có lực nào tác dụng.
Khi hòn bi chuyển động, chỉ có hai lực tác động vào nó là lực hút của Trái Đất và phản lực của mặt bàn. Hai lực này cân bằng nhau và đều vuông góc với phương chuyển động.
Trên trang 37 của Sách bài tập Vật Lí 8, Bài 13.3:Một thùng hàng có khối lượng 2500kg được nâng lên độ cao 12m bằng cần cẩu. Hãy tính công thực hiện được trong trường hợp này.
Tóm tắt:.
M = 2500kg; h = 12m.
Công A = ?
Lời giải:.
Thùng hàng có khối lượng là 2500kg có nghĩa là nó có trọng lượng.
P = 10.M = 10.2500 = 25000N.
Công việc được thực hiện khi nâng thùng hàng lên độ cao 12m là:
A = F.S = P.H = 25000N.12m = 300000 J = 300 kilo joule.
Một con ngựa kéo xe chuyển động đều với lực kéo là 600N. Trong 5 phút, công thực hiện được là 360kJ. Hãy tính vận tốc của xe.
Tóm tắt:.
F = 600N; t = 5 phút = 5.60s = 300s; A = 360 kJ = 360000 J.
Vận tốc là bao nhiêu vậy?
Lời giải:.
Công A của lực F được tính bằng công thức: A = F.Khoảng cách.
Kết quả quãng đường mà con ngựa kéo xe đi được là:
S = A/F = 360000/600 = 600 mét.
Tốc độ di chuyển của xe là:
V = s/t = 600/300 = 2 mét/giây.
Bài 13.5 (trang 37 Sách bài tập Vật Lí 8) Trong một quá trình, hơi nước có áp suất không đổi là p = 6.105 N/m2 được đưa vào xilanh qua van, từ đó đẩy pit-tông chuyển động từ vị trí AB đến vị trí A’B’ (H.13.1). Thể tích của xilanh giữa hai vị trí AB và A’B’ của pít-tông là V = 15dm3. Để chứng minh rằng công của hơi nước sinh ra bằng tích của áp suất p và thể tích V, ta tính công đó ra J.
Tóm tắt:.
P = 6.105 N/m2; V = 15 dm3; diện tích S;.
Chứng minh A = p.V; A = ? J.
Lời giải:.
Ta có: V = 15 đặt m3 = 0,015 mét khối.
Áp suất hơi nước tác động lên pit-tông được biểu thị bằng công thức F = p.S.
(Trong đó S là diện tích bề mặt của hố – tông).
Quãng đường dịch chuyển của pit-tông được ký hiệu là h. Thể tích của xi-lanh giữa hai vị trí AB và A’B’ của pit-tông có thể tính bằng công thức: V = S.H.
=≫ F = áp lực x Thể tích/chu kỳ.
Công của hơi sinh ra là: Output: Công của hơi sinh ra là:
A = F x h = p x (V/h) xh = p x V.
Vậy A = p.V = 6.105.0,015 = 9000 J.
Bài 13.6 (trang 37 Sách bài tập Vật Lí 8) Trường hợp nào sau đây có cơ học?
A. Một trái bưởi rơi từ cành cây xuống.
B. Một vận động viên cử tạ đang đứng im ở tư thế hỗ trợ quả tạ.
C. Sau khi trượt xuống một mặt phẳng nghiêng, vật tiếp tục trượt một cách đều đặn trên một bàn nhẵn nằm ngang, mà không gặp bất kỳ sự cản trở từ ma sát.
D. Hành khách đang cố gắng đẩy một xe khách bị ngừng động cơ, nhưng xe vẫn không di chuyển được.
Lời giải:.
Chọn A.
Bởi vì khi có tác động lực vào vật và làm vật di chuyển, có trường hợp công cơ học xảy ra.
Bài 13.7 (trang 37 Sách bài tập Vật Lí 8) Câu nào sau đây là chính xác?
A. Jun là công của một lực đẩy vật di chuyển được 1m.
B. Jun thực hiện công làm di chuyển một vật có khối lượng là 1kg trên một quãng đường dài 1m.
C. Jun áp dụng một lực có độ lớn 1N để di chuyển một vật trong khoảng cách 1m.
D. Jun là một lực có độ lớn là 1N làm di chuyển vật một khoảng cách là 1m theo hướng của lực.
Lời giải:.
Chọn D.
Khi lực F có giá trị 1N và s có giá trị 1m, công A được tính bằng công thức A = F.S. Vậy A = 1N.1m = 1Nm = 1J. Do đó, Jun là công mà lực 1N thực hiện để di chuyển vật một khoảng cách 1m theo hướng của lực.
