Công cơ học là gì? Công thức tính công cơ học (chi tiết nhất)

Bài viết Công cơ học là gì? Công thức tính công cơ học với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Công cơ học là gì? Công thức tính công cơ học.

Công cơ học là gì? Công thức tính công cơ học (chi tiết nhất)

1. Định nghĩa công cơ học

● Công cơ học là thuật ngữ chỉ dùng trong trường hợp có lực tác dụng vào vật làm vật chuyển dời theo phương không vuông góc với phương của lực.

● Công cơ học phụ thuộc vào hai yếu tố: Lực tác dụng vào vật và độ chuyển dời của vật.

● Công cơ học là công của lực (khi một vật tác dụng lực và lực này sinh công thì ta có thể nói đó là công của vật).

2. Công cơ học phụ thuộc vào yếu tố nào?

● Để có công được thực hiện thì cần phải có lực tác dụng và lực khiến vật di chuyển gọi là công cơ học. Công cơ học phụ thuộc vào hai yếu tố:

● Lực tác dụng vào vật : Đối với từng trường hợp thì có sự khác nhau giữa các lực tác dụng. Khi thì là lực kéo, khi lại là trọng lực.

● Quãng đường vật dịch chuyển: nếu muốn tăng hay giảm công, người ta sẽ cần tăng hoặc giảm một trong hai yếu tố hoặc có trường hợp tăng, giảm cả hai yếu tố cùng lúc tùy theo mục đích. Có thể nói, quãng đường dịch chuyển càng dài thì công thực hiện càng lớn và ngược lại. Trong các trường hợp có công học, ta cần tìm ra lực nào đã thực hiện công đó.

3. Ví dụ về công cơ học

● Khi bạn nhấc một chiếc túi từ dưới đất lên.

● Con ngựa đang kéo một chiếc xe dịch chuyển

● Một người đang đi bộ trên dốc

● Đầu tàu kéo các toa xe chuyển động, lúc này đầu tàu thực hiện công cơ học

4. Những chú ý khi học công cơ học

● Khi xác định và phân tích lực, trường hợp vật di chuyển vuông góc với phương của lực tác dụng, công của lực lúc này bằng 0. Nói cách khác, lực này không sinh công, công thức mà Luật Minh Khuê nêu sau đây chỉ áp dụng được khi vật chuyển dời theo phương của lực tác dụng, điều này sẽ giúp các em xác định đúng đâu là lực sinh công khi tính toán.

● Ngoài ra các em có thể gặp tình huống vật chuyển dời không theo phương của lực tác dụng. Đây là tình huống đặc biệt, thường rơi vào các bài tập nâng cao. Trong trường hợp này, chúng ta sẽ áp dụng công thức khác để tính.

● Hiểu về công cơ học, các em có thể lý giải được tại sao vật lại chuyển động khi có lực tác dụng, các em sẽ biết được chính xác lực làm cho vật chuyển động. Tuy nhiên, trong thực tế, một vật không chỉ chịu duy nhất một lực tác dụng mà có thể có nhiều hơn.

5. Một số dạng bài tập về công cơ học

- Bài tập trắc nghiệm

Thông thường ở dạng bài tập này sẽ đa phần là những câu hỏi về lý thuyết và vận dụng thấp, các em chỉ cần nắm vững lý thuyết công cơ học sẽ chọn được đáp án chính xác nhất.

Những câu trắc nghiệm tính toán đa phần là áp dụng công thức đơn giản, do đó các em cần học thuộc công thức để áp dụng nhuần nhuyễn.

- Bài tập tự luận:

Đối với bài tập tự luận sẽ phức tạp hơn so với bài tập trắc nghiệm, đòi hỏi nhiều bước hơn. Các em cần xác định hình vẽ nếu đề bài chưa có hình vẽ, sau đó phân tích lực tác dụng lên vật theo đề bài. Phải phân tích đầy đủ các lực tác dụng lên vật, chỉ cần bỏ sót một lực cũng có thể dẫn tới kết quả sai.

Sau khi phân tích lực, các em cần xác định rõ phương chiều, lực chính tác dụng lên vật sinh công, tính độ lớn của vật đó theo gợi ý của đề.

Dựa vào những gợi ý mà đề bài đã cho, các em tìm quãng đường vật di chuyển, độ lớn của lực, cần chú ý tới đơn vị của các đại lượng, và áp dụng vào công thức để tính lực sinh công.

6. Công thức công cơ học

- Công thức tính công cơ học: A = F.s

Trong đó:

F là lực tác dụng vào vật (N)

s là quãng đường vật dịch chuyển (m)

A là công của lực F(n.m)

- Đơn vị công là Jun (kí hiệu là J) 1J = N.m

Ngoài ra, chúng ta cũng hay dùng bội số của Jun là kilojun (kí hiệu là kj) 1kj = 1000J

Lưu ý:

Công thức trên chỉ đúng khi vật chuyển dời theo phương của lực.

Nếu vật chuyển dời theo phương vông góc với phương của lực thì công của lực đó bằng 0.

Nếu vật chuyển dời không theo phương của lực thì công được tính theo công thức khác sẽ học ở các lớp trên.

7. Kiến thức công cơ học học nâng cao

- Từ công thức tính công cơ học A = F.s

=> Công thức tính độ lớn của lực sinh công F = A/s

Công thức tính độ lớn của quãng đường vật dịch chuyển s = A/F

Đơn vị kWW.h cũng là đơn vị của công cơ học 1kW.h = 3600000J

Công của lực có thể thúc đẩy (lực cùng chiều chuyển động: lực kéo,..) hoặc cản trở (lực ngược chiều chuyển động: lực ma sát, lực cản....) chuyển động của vật.

8. Bài tập công cơ học:

Câu 1: Một người đưa một vật nặng lên cao h bằng hai cách. Cách thứ nhất, kéo trực tiếp vật theo phương thẳng đứng. Cách thứ hai, kéo vật theo mặt phẳng nghiêng có chiều dài gấp 2 lần độ cao h. Nếu bỏ qua ma sát ở mặt phẳng nghiêng thì.

A. công thực hiện ở cách thứ hai lớn hơn vì đường đi lớn gấp hai lần

B. công thực hiện ở cách thứ hai nhỏ hơn vì lực kéo vật theo mặt phẳng nghiêng nhỏ hơn

C. công thực hiện ở cách thứ nhất lớn hơn vì lực kéo lớn hơn

D. công thực hiện ở hai cách đều như nhau

Lời giải:

Đáp án: D

- Theo định luật về công: Không một máy cơ đơn giản nào cho lợi về công, được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.

- Khi dùng mặt phẳng nghiêng ta được lợi 2 lần về lực nhưng lại thiệt 2 lần về đường đi nên công thực hiện bằng với cách thứ nhất.

Câu 2: Một đầu tàu kéo một toa tàu chuyển động từ ga A tới ga B trong 15 phút với vận tốc 30Km/h. Sau đó đoàn tàu đi từ ga B đến ga C với vận tốc 20Km/h. Thời gian đi từ ga B đến ga C là 30 phút. Biết rằng lực kéo của đầu tàu không đổi là 10000N. Công của đầu tàu sinh ra khi tàu đi từ A đến C là:

A. 4000kJ

B. 600000kJ

C. 175000kJ

D. 20000kJ

Lời giải:

Đáp án: C

15 phút = 0,25 giờ

30 phút = 0,5 giờ

- Quãng đường đi từ ga A đến ga B:

$S_1=v_1.t_1=30.0,25=7,5\left(Km\right)=7500m$

- Quãng đường đi từ ga B đến ga C:

$S_2=v_2.t_2=20.0,5=10\left(Km\right)=10000m$

- Công của đầu tàu sinh ra là:

$A=F\left(S_1+S_2\right)=10000.\left(7500+10000\right)=175000000\left(J\right)=175000\left(KJ\right)$

Câu 3: Để đưa một vật có khối lượng 250Kg lên độ cao 10m người ta dùng một hệ thống gồm một ròng rọc cố định, một ròng rọc động. Lúc này lực kéo dây để nâng vật lên là $F_1=1500N$ . Hiệu suất của hệ thống là:

A. 80%

B. 83,3%

C. 86,7%

D. 88,3%

Lời giải:

Đáp án: B

- Công có ích để nâng vật lên độ cao 10m:

$A_1=10.m.h=\mathrm{10.250.10}=25000\left(J\right)$

- Khi dùng hệ thống ròng rọc trên thì khi vật lên cao một đoạn h thì phải kéo dây một đoạn S = 2h. Do đó công dùng để kéo vật:

$A=F_1.S=F_1.2h=\mathrm{1500.2.10}=30000\left(J\right)$

- Hiệu suất của hệ thống:

$H=\frac{A_1}{A}100\%=\frac{25000}{30000}100\%=83,33\%$

Câu 4: Để đưa một vật có khối lượng 200Kg lên độ cao 4m người ta dùng một mặt phẳng nghiêng dài l = 12m. Lực kéo lúc này là F = 900N. Lực ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng là:

A. 233,3N

B. 256,2N

C. 2800N

D. 1080N

Lời giải:

Đáp án: A

- Công có ích để nâng vật lên độ cao 10m:

$A_1=10.m.h=\mathrm{10.200.4}=8000\left(J\right)$

- Công toàn phần kéo vật bằng mặt phẳng nghiêng:

$A=F.l=900.12=10800\left(J\right)$

- Công hao phí do ma sát:

$A_{hp}=A-A1=10800–8000=2800\left(J\right)$

- Áp dụng công thức: $A=F.s\Rightarrow F=\frac{A}{s}$

- Lực ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng:

$F_{ms}=\frac{A_{hp}}{1}=\frac{2800}{12}=233,3\left(N\right)$

Câu 5: Người ta dùng một mặt phẳng nghiêng có chiều dài 5m để kéo một vật có khối lượng 300Kg với lực kéo 1200N. Biết hiệu suất của mặt phẳng nghiêng là 80%. Tính chiều cao của mặt phẳng nghiêng?

Lời giải:

- Công của lực kéo vật: $A=F.l=1200.5=6000\left(J\right)$

- Công có ích là: $A_1=A.H=6000.80\%=4800\left(J\right)\left(1\right)$

- Mặt khác ta lại có: $A_1=P.h=10.m.h=3000h\left(J\right)\left(2\right)$

- Từ (1) và (2) suy ra: 3000h = 4800 ⇒ h = 1,6 (m)

Đáp số: 1,6m

Câu 6: Người ta dùng hệ thống ròng rọc để trục một bức tượng cổ bằng đồng (bức tượng đặc hoàn toàn) có trọng lượng P = 5340N từ đáy hồ sâu H = 10m lên (hình vẽ).

Hãy tính:

a. Lực kéo khi bức tượng chìm hoàn toàn dưới nước.

b. Tính công cần thiết để kéo bức tượng từ đáy hồ lên đến mặt nước. Bỏ qua trọng lượng của các ròng rọc. Biết trọng lượng riêng của đồng là

Lời giải:

a. Thể tích của bức tượng là: $V=\frac{P}{d}=\frac{5340}{89000}=0,06\left(m^3\right)$

- Lực đẩy Acsimet tác dụng lên tượng khi nó chìm trong nước là:

$F_A=V.d_0=0,06.10000=600\left(N\right)$

- Lực cần thiết để kéo vật trực tiếp là:

$F_{tt}=P-F_A=5340-600=4740\left(N\right)$

- Dùng ròng rọc động được lợi hai lần về lực.

- Lực cần thiết để kéo vật bằng ròng rọc là: $F=\frac{F_{tt}}{2}=2370\left(N\right)$

b. Do dùng ròng rọc động nên bị thiệt hai lần về đường đi nên công của lực kéo: $A=F.2H=\mathrm{2370.2.10}=47400\left(J\right)$

Đáp số: 2370N; 47400J

Câu 7: Một khối gỗ hình hộp chữ nhật, tiết diện $S=200c{m}^2,$ là cao h = 50 cm, được thả nổi trong một hồ nước sao cho khối gỗ thẳng đứng. Tính công thực hiện để nhấn chìm khối gỗ đến đáy hồ. Biết: $d_{go}=8000N/m^3;d_{nuoc}=10000N/m^3$ và nước trong hồ có độ sâu là H = 1 m.

Lời giải:

- Thể tích của vật là: $V=S.h=0,01m^3.$

- Trọng lượng của vật là: $P=V.d_g=0,01.8000=80N.$

- Lực đẩy Acsimet tác dụng lên vật khi vật nổi trên mặt nước là:

$F_A=P=80\left(N\right)$

- Chiều cao phần vật chìm trong nước là:

$h_1=\frac{F_A}{d_n.S}=0,4\left(m\right)$

⇒ Chiều cao phần vật nổi trên mặt nước là: $l=h–h1=0,5–0,4=0,1\left(m\right)$

- Lực F cần tác dụng để vật ngập hoàn toàn trong nước là:

$F+P=F{’}_{A}F=F{’}_A–P=d_n.S.h–d_g.S.h.$ $\Rightarrow F=0,02.0,5.\left(10000-8000\right)=20\left(N\right)$

- Lực tác dụng lên vật để nhấn chìm vật ngập hoàn toàn trong nước tăng dần từ 0 đến giá trị F. Nên công tác dụng trong giai đoạn này là: $A_1=\frac{1}{2}F.1=10.0,1=1\left(J\right)$

- Công tác dụng lên vật để nhấn chìm vật đến đáy bể là:

$A_2=F.\left(H-h\right)=20.0,5=10\left(J\right).a$

- Vậy công tổng cộng cần tác dụng lên vật để nhấn chìm vật đến đáy hồ là: $A=A_1+A_2=1+10=11\left(J\right).$

Xem thêm các bài viết để học tốt môn Vật Lí sách mới hay, chi tiết khác:

• Con lắc lò xo là gì? Công thức tính con lắc lò xo

• Công là gì? Công thức tính công

• Công suất điện là gì? Công thức tính công suất điện

• Độ tụ là gì? Công thức tính độ tụ

• Gia tốc và vận tốc là gì? Công thức tính gia tốc và vận tốc

• Năng suất là gì? Công thức tính năng suất

---