Cơ năng là gì? Nêu định luật bảo toàn cơ năng của con lắc đơn

Cơ năng là một thuật ngữ được sử dụng rất nhiều, đặc biệt là trong vật lý. Thế nhưng khái niệm cụ thể của cơ năng là gì? Định luật bảo toàn cơ năng đăng diễn giải như thế nào? Tất cả lời giải đáp sẽ được Thợ sửa xe lãm rõ ngay trong bài viết này.

This Post: Cơ năng là gì? Nêu định luật bảo toàn cơ năng của con lắc đơn

Cơ năng là gì?

Theo định nghĩa về cơ năng Vật lý 8 thì khi một vật có được khả năng thực hiện công thì ta sẽ nói là vật có cơ năng hay cơ năng của một vật. Nếu vật có khả năng thực hiện công càng lớn thì cơ năng của vật đó cũng càng lớn. Cơ năng sẽ được tính bằng đơn vị Jun (Ký hiệu là: J).

Còn dựa theo cơ năng vật lý 10 thì cơ năng được định nghĩa là khi một vật chuyển động trong trọng trường thì tổng các động năng và thế năng của vật sẽ được gọi là cơ năng. Cơ năng là một đại lượng có thể dương, có thể âm hoặc cũng có thể bằng không.

Hai dạng cơ năng là gì?

Theo Vật lý lớp 8 thì có 2 dạng cơ năng đó là thế năng và động năng.

Thế năng

• Cơ năng của 1 vật sẽ phụ thuộc vào độ cao của vật so với mặt đất hoặc so với một vị trí khác đã được chọn làm mốc để tính độ cao. Chúng ta gọi là thế năng hấp dẫn. Vật có trọng lượng càng lớn và ở vị trí càng cao thì thế năng hấp dẫn của vật sẽ càng lớn.

• Cơ năng của 1 vật phụ thuộc vào độ biến dạng của vật và được gọi là thế năng đàn hồi.

Động năng

• Động năng chính là cơ năng của một vật được tạo ra nhờ chuyển động. Khi một vật có trọng lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì động năng của nó sẽ càng lớn.

• Động năng và thế năng cũng là hai dạng của cơ năng. Cơ năng của một vật sẽ bằng tổng thế năng cùng với động năng của vật đó. Động năng thế năng và cơ năng có quan hệ mật thiết với nhau.

Công thức tính cơ năng

Nếu cơ năng của vật đó chỉ chịu tác dụng của trọng lực

Cơ năng của vật chuyển động là nhờ tác dụng của trọng lực bằng tổng động năng với thế năng trọng trường của vật:

Trong đó:

• Gốc thế năng của 1 vật chuyển động bên trong trường hấp dẫn sẽ được chọn tại mặt đất.

• Đối với vật hoặc hệ vật chỉ chịu tác động của trọng lực thì cơ năng của nó chính là một đại lượng bảo toàn. Tức là: W1 = W2, từ đó suy ra biến thiên thế năng W2 – W1 = 0.

Nếu cơ năng của vật đó chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi

Cơ năng của vật có thể chuyển động là nhờ tác dụng của trọng lực bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật:

Trong đó:

• Gốc thế năng được chọn thường sẽ là vị trí cân bằng của lò xo

• Đối với vật hoặc hệ vật chỉ chịu tác động từ lực đàn hồi thì cơ năng của nó cũng được coi là một đại lượng bảo toàn. Nghĩa là, W1 = W2, từ đây suy ra biến thiên thế năng W2 – W1 = 0.

Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng

Sự bảo toàn cơ năng chính là định luật bảo toàn chỉ số cơ năng khi chuyển động của 1 vật trong trọng trường mà chỉ chịu tác động của trọng lực hay lực đàn hồi. Hiểu một cách đơn giản thì là, thế năng và động năng của 1 vật có khả năng sẽ bị biến đổi qua lại trong quá trình vật chuyển động bên trong trọng trường. Tuy nhiên do cơ năng bằng tổng của động năng với thế năng nên tổng của chúng vẫn không hề thay đổi.

Định luật bảo toàn cơ năng định nghĩa rằng: “Trong khi chuyển động, nếu 1 vật chỉ chịu tác dụng của của trọng lực thì động năng hoàn toàn có thể chuyển thành thế năng và ngược lại và tổng của chúng tức là cơ năng sẽ được bảo toàn”.

Định luật bảo toàn cơ năng của một vật chỉ chính xác khi vật không chịu phải bất kì lực tác động nào khác từ bên ngoài trừ trọng lực và lực đàn hồi. Nếu trong quá trình chuyển động mà vật phải chịu thêm tác động của bất cứ 1 lực nào khác thì cơ năng của vật sẽ bị thay đổi. Lúc này, công của những lực tác động lên vật sẽ bằng với độ biến thiên của cơ năng.

Hệ quả của cơ năng là gì?

Hệ quả của cơ năng được thể hiện rõ ràng nhất trong quá trình chuyển động của một vật bên trong trọng trường. Nếu thế năng của vật giảm xuống thì động năng của vật sẽ tăng lên và ngược lại. Đồng thời chúng ta cũng có thể hiểu rằng khi động năng ở cực đại thì thế năng sẽ ở mức cực tiểu và ngược lại.

Ứng dụng của định luật bảo toàn cơ năng là gì?

Định luật bảo toàn cơ năng được ứng dụng rất rộng rãi và phổ biến. Nó còn được kết hợp với công thức tính sự chuyển hóa năng lượng để có thể giải quyết được những bài toán có liên quan đến cơ năng một cách nhanh chóng.

RED : Cấu Trúc Used To – Be Used To – Get Used To Trong Tiếng Anh – TuhocIELTS.vn

Một số bài toán khác cũng cần đến việc sử dụng định luật này đó là khi bạn muốn xác định biểu thức cụ thể của động năng hay thế năng tại 1 vị trí bất kỳ của vật, qua đó có thể xác định được trọng lượng, chiều cao… của vật. Bên cạnh đó, bài toán về sự va chạm giữa 2 vật thể cũng có thể áp dụng định luật này để xác định lực va chạm cùng các yếu tố liên quan khác.

Xem thêm

• Mã lực là gì? Cách quy đổi 1 mã lực sang các đơn vị cc, w, kw,….
• Áp suất khí quyển là gì? Công thức tính áp suất khí quyển

Một số bài tập tiêu biểu về cơ năng

Bài 1: Viết công thức thế năng, động năng và cơ năng của con lắc lò xo.

Giải: Động năng: Wd = 12mv2

Thế năng: Wt =12kx2

Cơ năng: W =12kA2 = 12mw2A2

Bài 2: Cơ năng của 1 con lắc đơn có chiều dài là l, vật có  khối lượng là m chuyển động tại nơi có gia tốc là g. Khi đó thì dao động bé cùng với biên độ góc α0 sẽ được xác định bằng công thức nào?

Giải: W =12mgl02

Bài 3: Một con lắc đơn có sợi dây với chiều dài l = 1m, vật nặng có trọng lượng m = 0,2 kg. Ta kéo vật nặng lệch khỏi vị trí cân bằng để cho phương của sợi dây tạo với phương thẳng đứng đúng một góc = 60 độ rồi buông nhẹ. Bỏ qua lực cản của không khí ta lấy g = 10m/s2. Chọn mốc để tính thế năng tại vị trí cân bằng của con lắc. Tính cơ năng của vật thể tại vị trí thả vật cùng vận tốc của vật khi đi qua vị trí cân bằng

Giải: Bỏ qua yếu tố lực cản của không khí thì cơ năng sẽ được bảo toàn. 

Chọn mốc thế năng ở 1 vị trí cân bằng (tại O).

=> WA = WtA+ WđA= WtA(DOVA = 0)

=mghA= 0,2 x 10(CO – CH)

= 2 x (l – l x cosα) = 2 x (1 – l x cos60) = 1 (J)

Khi đó, WO = 1= WA(J)

WđO = 1 (DOWtO = 0)

⇔ 12mv02= 1

⇔ vO = 10 (m/s)

Hy vọng rằng những thông tin mà Thợ sửa xe đề cập trên đây đã có thể giúp bạn có thêm những hiểu biết nhất định về khái niệm cơ năng là gì cũng như định luật bảo toàn cơ năng để có thể giải quyết những bài tập Vật lý trong học tập. Nếu bạn còn bất cứ thắc mắc hay ý kiến đóng góp nào về chủ đề này thì hãy để lại ngay bình luận ở phía cuối bài viết để chúng tôi có thể giải đáp một cách nhanh nhất.