Blog
Cơ năng là gì? Công thức tính cơ năng là gì?
Th4
Cơ năng là gì? Công thức tính cơ năng là gì? Định luật bảo toàn cơ năng được ứng dụng như thế nào trong cuộc sống. Hãy theo dõi bài viết này nhé.
1. Cơ năng là gì?
Cơ năng là gì? Nó là một đại lượng đặc trưng cho chuyển động của vật trong trọng trường, mà ở đó giá trị của nó được tính bằng tổng động năng và thế năng.
Một vật bất kỳ có khả năng thực hiện công thì đồng nghĩa với việc xuất hiện cơ năng. Công cơ học và cơ năng tuân theo tỉ lệ thuận. Nếu công càng lớn thì cơ năng càng lớn và ngược lại. Cơ năng được kí hiệu là W.
Đơn vị đo cơ năng là Jun, kí hiệu là J.
Ví dụ: Một vật nặng đang đứng yên ở độ cao h so với mặt đất, tức là nó không thực hiện công. Nhưng vì nó có khả năng thực hiện công (khi được thả hay ném) nên vật đó vẫn có cơ năng.
2. Các dạng chính của cơ năng là gì?
Trong phần 1. chúng ta đã tìm hiểu cơ năng là gì? Vậy chúng có những dạng nào?
Theo các nghiên cứu thì có 2 dạng cơ năng cơ bản đó là thế năng và động năng.
Thế năng
Thế năng đơn thuần chỉ là một đại lượng thường dùng trong bộ môn Vật lý học. Nó thể hiện cho khả năng sinh công của một vật và nó tồn tại dưới dạng năng lượng. Hiện nay đang có hai dạng thế năng là thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi. Mỗi loại thế năng đều có những đặc điểm riêng để có thể áp dụng và tính toán sao cho hợp lý.
Động năng
Động năng là cơ năng của một vật được tạo thành nhờ những chuyển động khác nhau. Khi một vật có khối lượng càng lớn cũng như chuyển động càng nhanh thì động năng của nó cũng tỷ lệ thuận và sẽ càng lớn hơn.
Động năng và thế năng được coi là hai dạng của cơ năng. Cơ năng của một vật bằng tổng thế năng với động năng của vật đó. Động năng thế năng và cơ năng có mối quan hệ mật thiết với nhau.
3. Công thức tính cơ năng
Cơ năng là gì? chúng ta đã tìm hiểu ở phần trên và chúng ta có công thức tính cơ năng như sau:
Xét trong trường hợp vật chuyển động trong trọng trường thì công thức tính cơ năng được xác định như sau:
W = Wđ + Wt
Trong đó:
- Wđ: là động năng của vật, được tính bằng J
- Wt: là thế năng của vật, đo bằng J
Giá trị của động năng luôn luôn dương và được kí hiệu là Wđ. Công thức tính động năng như sau:
Wđ = 1/2 . mv2
Trong đó:
- m: là khối lượng của vật (kg)
- v: là vận tốc của vật (m/s)
Theo định luật bảo toàn động năng thì khi vật chuyển động, độ biến thiên của đại lượng này sẽ dựa vào ngoại lực tác dụng vào vật. Cụ thể như sau:
A12=Wđ2 – Wđ1
Thế năng được kí hiệu là Wt và công thức của nó như sau:
Wt = mghC
Trong đó:
- m: là khối lượng của vật (kg)
- g: là gia tốc trọng trường (m/s2)
- h: là độ cao của vật (m)
- C: là tọa độ trọng tâm
4. Định luật bảo toàn cơ năng
Định luật bảo toàn cơ năng thực chất là định luật thể hiện sự bảo toàn tuyệt đối giá trị của cơ năng khi vật chỉ chịu sự tác động của trọng lực và lực đàn hồi.
Các giá trị của những nguồn năng lượng thành phần như động năng và thế năng luôn thay đổi, tăng giảm và biến đổi qua nhau.
Tuy nhiên, tổng giữa chúng thì vẫn được giữ nguyên như giá trị ban đầu. Xét trên từng trường hợp cụ thể, như sau
Trường hợp xuất hiện lực đàn hồi
Lực đàn hồi ở thế năng giảm thì động năng tăng và khi đàn hồi tăng thì động năng giảm. Như vậy, tổng cơ năng trong toàn trình được cân bằng.
Trường hợp trọng lực
Trong trường hợp chỉ xuất hiện trọng lực ở vật thì động năng sẽ được chuyển hóa thành thế năng và ngược lại. Lúc này, giá trị của hai đại lượng này không đổi, suy ra cơ năng được bảo toàn. Công thức cơ năng là:
W = Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2
Như vậy có thể thấy, cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu lực thế như trọng lực và lực đàn hồi thì giá trị của nó vẫn được giữ nguyên. Vật ở vị trí động năng cực đại thì thế năng sẽ cực tiểu và ngược lại. Giá trị của cơ năng luôn là một hằng số.
Còn khi chịu tác dụng của một lực khác như: lực ma sát, lực cản… thì giá trị cơ năng sẽ biến thiên, do sự thay đổi công của vật.
5. Ứng dụng của định luật bảo toàn cơ năng
Định luật bảo toàn cơ năng được ứng dụng rộng rãi. Nó kết hợp với công thức tính sự chuyển hóa năng lượng để giải quyết những bài toán liên quan một cách nhanh chóng.
Một số bài toán cần đến việc sử dụng định luật này đó là xác định biểu thức cụ thể của động năng và thế năng tại vị trí bất kỳ của vật, qua đó xác định được khối lượng, chiều cao… của vật.
Ngoài ra, bài toán về sự va chạm giữa hai vật cũng có thể áp dụng định luật này để xác định lực va chạm và các yếu tố liên quan.
Hy vọng bài viết trên sẽ giúp bạn hiểu hơn về cơ năng là gì? cũng như những kiến thức xung quanh chúng.
>>> Xem thêm: Áp suất là gì? Phân loại, công thức tính Áp suất