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

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

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

1. Công

- Năng lượng có thể được truyền từ vật này sang vật khác thông qua tương tác.

- Năng lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công. Công được tính bằng biểu thức:

Công = lực tác dụng × độ dịch chuyển theo phương của lực

- Kí hiệu:

+ Công là: A

+ Giá trị lực tác dụng là: F

+ Độ dịch chuyển theo phương của lực là: d

- Biểu thức tính công được viết dưới dạng: $A=F.d$

- Đơn vị đo công: N.m

- Ví dụ:

+ Xét trường hợp lực tác dụng có hướng trùng với hướng chuyển động.

+ Xét trường hợp lực tác dụng có hướng hợp với hướng dịch chuyển một góc αα nào đó.

- Khi lực F không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc αα thì biểu thức tính công của lực là:

$A=F.s.cos\alpha$

b. Biện luận

- Khi $0\le \alpha <{90}^{0}thìcos\alpha >0\Rightarrow A>0$

⇒ Lực thực hiện công dương hay công phát động.

- Khi $\alpha ={90}^0$ thì A = 0

⇒ Lực $\overrightarrow{F}$ không thực hiện công khi lực $\overrightarrow{F}$ vuông góc với hướng chuyển động.

- Khi ${90}^0<\alpha \le {180}^{0}thìcos\alpha <0\Rightarrow A<0$

⇒ Lực thực hiện công âm hay công cản lại chuyển động.

c. Đơn vị công

Trong hệ SI, đơn vị của công là jun (kí hiệu là J): 1 J = 1N.m

2. Sự truyền năng lượng

- Thực hiện công là một cách truyền năng lượng từ vật này sang vật khác. Độ lớn của công mà lực đã thực hiện bằng phần năng lượng mà lực tác dụng đã truyền cho vật, làm vật dịch chuyển một khoảng nào đó theo phương của lực.

Công đã thực hiện = Phần năng lượng đã được truyền

- Đơn vị đo công là đơn vị đo năng lượng: Jun (J), 1N.1m = 1J hay 1J = 1N.m

3. Công suất

3.1. Tốc độ thực hiên công.

- Tốc độ thực hiện công của hai lực là nhanh chậm khác nhau.

Người và máy tời có tốc độ thực hiện công khác nhau

Người đạp xe và ô tô có tốc độ thực hiện công khác nhau

3.2. Định nghĩa công suất.

- Người ta dùng khái niệm công suất để biểu thị tốc độ thực hiện công của một lực. Công suất có độ lớn được xác định bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.

$P=\frac{A}{t}$

- A là công thực hiện trong thời gian t. Đây là biểu thức xác định công suất trung bình. Công suất tức thời có thể thay đổi trong thời gian t.

- Đơn vị đo công suất là oát, kí hiệu là W.

- Ngoài ra công suất còn sử dụng đơn vị khác như mã lực.

3.3. Mối liên hệ công suất với lực và vận tốc.

- Công suất hoạt động của động cơ:

$\text{P}=\frac{A}{t}=\frac{F.s}{t}=\frac{F.v.t}{t}=F.v$

- Đây là biểu thức xác định công suất trung bình.

Nguyên lí hoạt động của hộp số có liên quan đến công suất trung bình

4. Hiệu suất

$H=\frac{A\text{'}}{A}$

Trong đó:

+ A’: công có ích (đã loại bỏ công cản) (J)

+ A: công toàn phần (J)

Sơ đồ tư duy về công và công suất:

5. Công Suất Có Âm Không?

Công suất là một đại lượng vật lý được định nghĩa là lượng công sinh ra hoặc tiêu thụ trong một đơn vị thời gian. Công suất thường được ký hiệu là P và được tính bằng công thức:

$P=\frac{A}{t}$

Trong đó:

$P$ : Công suất (W)

$A$: Công thực hiện (J)

$t$ : Thời gian thực hiện công (s)

* Công và Công Suất

Công cơ học là đại lượng vô hướng và có thể âm, dương hoặc bằng 0 tùy thuộc vào hướng của lực tác dụng và hướng chuyển động:

$A>0$ : Công dương (công phát động)

$A<0$ : Công âm (công cản)

$A=0$ : Lực không sinh công

$A=F.s.\cos \alpha$

Trong đó:

$A$ : Công (J)

$F$ : Lực tác dụng (N)

$s$ : Quãng đường dịch chuyển (m)

$\alpha$: Góc giữa lực và hướng chuyển động

* Công Suất Âm

Công suất âm thanh cũng là một khái niệm quan trọng trong vật lý âm thanh. Nó được định nghĩa bằng công thức:

$P=A.I$

Trong đó:

$P$: Công suất âm thanh

$A$: Diện tích

$I$: Cường độ âm thanh

Mức độ công suất âm thanh được đo lường theo thang logarit và thường ký hiệu là , đo bằng decibel (dB):

$L_{\text{W}}=10{\log }_{10}\left(\frac{P}{P_0}\right)dB$

Trong đó $P_0$ là công suất tham chiếu.

Kết Luận

Qua các khái niệm trên, có thể thấy rằng công suất không thể có giá trị âm. Tuy nhiên, công có thể âm, dương hoặc bằng không tùy thuộc vào lực và hướng chuyển động. Hiểu rõ sự khác biệt giữa công và công suất giúp chúng ta áp dụng đúng các nguyên lý vật lý trong thực tiễn.

6. Công suất và các khái niệm liên quan

Công suất là một đại lượng quan trọng trong vật lý, dùng để đo lường mức độ thực hiện công việc trong một đơn vị thời gian. Để hiểu rõ hơn về công suất, chúng ta sẽ đi qua các khái niệm cơ bản sau:

Định nghĩa công suất: Công suất (P) được định nghĩa là công thực hiện trong một đơn vị thời gian. Công thức tính công suất là:

$P=\frac{A}{t}$
Trong đó:

P: Công suất (Watt - W)

A: Công (Joule - J)

t: Thời gian thực hiện công (giây - s)

- Đơn vị đo công suất: Đơn vị đo công suất trong hệ SI là watt (W), tương đương với 1 joule trên một giây (1 W = 1 J/s). Ngoài ra, công suất còn có thể được đo bằng mã lực (HP) trong một số trường hợp, với 1 HP tương đương với 746 W.

- Công suất cơ học: Khi một lực không đổi F tác dụng lên một vật và làm vật di chuyển một quãng đường theo hướng của lực với vận tốc , công suất được tính bằng công thức:

$P=F.v$

Đây là công suất tức thời, cho biết mức độ thực hiện công tại một thời điểm cụ thể.

- Công suất âm thanh: Công suất âm thanh đo lường năng lượng âm thanh phát ra từ một nguồn trong một đơn vị thời gian. Công suất âm thanh thường được đo bằng watt, và thường rất nhỏ, ví dụ như milliwatt (mW).

Các khái niệm trên giúp chúng ta hiểu rõ hơn về công suất và các ứng dụng của nó trong đời sống và kỹ thuật.

7. Công suất âm là gì?

Công suất âm là khái niệm mô tả lượng năng lượng âm thanh được phát ra từ một nguồn trong một đơn vị thời gian. Công suất này thường được đo bằng đơn vị watt (W) và là yếu tố quan trọng trong nhiều ứng dụng âm thanh và cơ học.

Dưới đây là một số khái niệm và công thức liên quan đến công suất âm:

- Công suất âm trong cơ học: Công suất âm trong cơ học liên quan đến sự chuyển đổi năng lượng từ một dạng này sang dạng khác và thường được tính bằng công thức:

$P=\frac{\text{W}}{t}$

Trong đó:

P là công suất (W)

W là công (Joule)

t là thời gian (giây)

Công suất âm trong âm thanh: Công suất âm thanh là lượng năng lượng âm thanh được truyền đi trong một đơn vị thời gian và được tính bằng công thức:

$P=I.A$

Trong đó:

P là công suất âm thanh (W)

I là cường độ âm thanh (W/m²)

A là diện tích mặt phẳng mà âm thanh truyền đi (m²)

Công suất âm có thể âm khi xem xét dưới các điều kiện cụ thể trong hệ thống điện. Điều này thường xảy ra trong các hệ thống có hiện tượng phản kháng, nơi mà công suất phản kháng có thể làm cho công suất tổng thể có giá trị âm, thể hiện sự trả lại năng lượng từ tải về nguồn.

Một số ứng dụng thực tế của công suất âm bao gồm:

+ Hệ thống âm thanh: Công suất âm thanh giúp xác định hiệu suất của loa và các thiết bị âm thanh khác.

+ Kỹ thuật điện: Công suất phản kháng là một khía cạnh quan trọng trong việc quản lý và tối ưu hóa hệ thống điện.

8. Công suất phản kháng

Công suất phản kháng là một thành phần quan trọng trong hệ thống điện, giúp duy trì điện áp và ổn định hệ thống. Dưới đây là các khái niệm và phương pháp liên quan đến công suất phản kháng:

8.1. Định nghĩa công suất phản kháng

Công suất phản kháng (Q) là phần công suất không sinh ra công hữu ích nhưng cần thiết để duy trì từ trường trong các thiết bị như máy biến áp và động cơ. Công suất này thường được biểu diễn dưới dạng Var (volt-ampere reactive).

Công thức tính công suất phản kháng:

$Q=U.I.\sin \varphi$

Q: Công suất phản kháng (Var)

U: Điện áp (V)

I: Dòng điện (A)

φ: Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện

8.2. Ảnh hưởng của công suất phản kháng

Công suất phản kháng có ảnh hưởng lớn đến hệ thống điện:

Giảm hiệu suất của hệ thống điện do không sinh công hữu ích.

Tăng tổn thất năng lượng trên đường truyền và các thiết bị.

Gây sụt áp, ảnh hưởng đến chất lượng điện áp cung cấp cho phụ tải.

8.3. Các biện pháp bù công suất phản kháng

Để duy trì hiệu quả hoạt động của hệ thống điện, cần thực hiện các biện pháp bù công suất phản kháng:

- Tụ bù điện: Sử dụng các tụ điện để sinh ra công suất phản kháng, giúp cải thiện hệ số công suất và giảm tổn thất năng lượng. Tụ bù điện thường được lắp đặt tại các điểm tiêu thụ lớn hoặc theo nhóm.

- Máy bù đồng bộ: Thiết bị này có khả năng sản xuất và tiêu thụ công suất phản kháng, giúp điều chỉnh và cân bằng dòng điện trong hệ thống. Máy bù đồng bộ thường được sử dụng trong các hệ thống có công suất lớn.

- Bù nền và bù ứng động: Bù nền là phương pháp bù tĩnh, trong khi bù ứng động là phương pháp bù tự động điều chỉnh hệ số công suất phản kháng theo tải.

8.4. Ứng dụng của công suất phản kháng trong hệ thống điện

Công suất phản kháng có nhiều ứng dụng thiết thực:

- Điều chỉnh hệ số công suất: Cải thiện hệ số công suất để giảm tổn thất năng lượng và chi phí vận hành.

- Ổn định điện áp: Duy trì mức điện áp ổn định trong toàn bộ mạng lưới truyền tải.

- Bảo vệ thiết bị: Giúp bảo vệ các thiết bị điện khỏi các tác động tiêu cực do lệch pha hoặc quá tải công suất.

9. Các ví dụ thực tế về công suất âm

Công suất âm không chỉ là một khái niệm lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tế trong đời sống và kỹ thuật. Dưới đây là một số ví dụ minh họa cho việc áp dụng công suất âm trong các lĩnh vực khác nhau:

9.1. Trong âm thanh:

Công suất âm thanh được sử dụng để đánh giá mức độ âm thanh phát ra từ các nguồn như loa, máy nén khí, hoặc động cơ phản lực. Ví dụ, một máy nén khí di động có thể phát ra công suất âm thanh lên đến 120 dB, tương đương với công suất vài trăm watt.

Vị trí và nguồn âm thanh	Công suất âm thanh (W)	Mức độ công suất âm thanh (dB ref W)
Tên lửa Saturn V	100,000,000	200
Động cơ tuốc bin phản lực luồng	100,000	170
Buổi hòa nhạc	10	130

9.2. Trong kỹ thuật:

Công suất âm cũng được ứng dụng trong việc thiết kế và vận hành các thiết bị âm thanh công nghiệp, nơi mà việc quản lý tiếng ồn và tối ưu hóa hiệu suất âm thanh là rất quan trọng. Các hệ thống âm thanh phải đảm bảo mức độ méo tiếng thấp và có khả năng hoạt động ổn định dưới các điều kiện tải khác nhau.

9.3. Trong đời sống:

Việc hiểu rõ về công suất âm giúp người sử dụng có thể chọn lựa và sử dụng các thiết bị âm thanh phù hợp với nhu cầu, từ việc lắp đặt hệ thống âm thanh gia đình đến các hệ thống âm thanh công cộng, đảm bảo chất lượng âm thanh tốt và an toàn cho sức khỏe.

Các ví dụ trên cho thấy công suất âm không chỉ là một thông số kỹ thuật mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và chất lượng của các hệ thống âm thanh trong thực tế.

10. Bài tập công

Câu 1: Một người nhấc một vật lên đều có khối lượng 6 kg lên độ cao 1 m rồi mang vật đó đi ngang được một độ dời 30 m. Công tổng cộng mà người đó là:

A. 1860 J.

B. 1800 J.

C. 160 J.

D. 60 J.

Đáp án: D

Giải thích:

Chọn chiều dương hướng lên.

Lực mà người này tác dụng lên vật để nhấc vật lên cao và mang vật đi ngang đều thực hiện công. Quá trình di chuyển này được chia làm 2 giai đoạn

- Giai đoạn 1: nâng vật lên độ cao 1 m, lực thực hiện công có độ lớn bằng trọng lượng của vật. Nên

$A_1=F.s.\cos \alpha =P.s.\cos \alpha =m.g.s.\cos 0^o=60J$

- Giai đoạn 2: nâng vật đi đều theo phương ngang nên lực tác dụng có phương vuông góc với độ dịch chuyển. Nên

$A_2=0$

Tổng công thực hiện: $A=A_1+A_2=60J.$

Câu 2: Một vật có khối lượng 2 kg rơi tự do từ độ cao 10 m so với mặt đất. Bỏ qua sức cản không khí. Lấy $g=9,8m/s^2.$ Trong thời gian 1,2 s kể từ lúc bắt đầu thả vật, trọng lực thực hiện một công bằng:

A. 0 J.

B. 69,15 J.

C. 138,3 J.

D. 196 J.

Đáp án: C

Giải thích:

Thời gian vật rơi hết độ cao 10 m từ khi bắt đầu thả vật là:

$t=\sqrt{\frac{2h}{g}}=\sqrt{\frac{2.10}{9,8}}\approx 1,43\text{s}$

Vậy trong khoảng thời gian 1,2 s, vật vẫn đang rơi và trọng lực vẫn sinh công.

Độ dịch chuyển mà vật có được trong thời gian 1,2 s kể từ lúc bắt đầu thả là:

$d=\frac{1}{2}g.t^2$

Công của trọng lực:

$A=F.s=P.d=m.g.\frac{1}{2}g.t^2=2.9,8.\frac{1}{2}.9,8.1,2^2=138,3J$

Câu 3: Một ô tô chạy đều trên đường với vận tốc 72 km/h. Công suất trung bình của động cơ là 60 kW. Công của lực phát động của ô tô khi chạy được quãng đường 6 km là:

A.$1,{8.10}^{6}J.$

B.${15.10}^{6}J.$

C.$1,{5.10}^{6}J.$

D.${18.10}^{6}J.$

Đáp án: D

Giải thích:

Đổi đơn vị: v = 72 km/h = 20 m/s.

P = 60 kW = 60000 W.

s = 6 km = 6000 m.

Ô tô chạy đều, nên thời gian ô tô chạy hết quãng đường 6 km là:

$t=\frac{s}{v}=\frac{6000}{20}=300s$

Công của lực phát động của ô tô khi chạy được quãng đường 6 km là:

$A=P.t=60000.300={18.10}^{6}J$

Câu 4: Một xe tải khối lượng 2,5 tấn, bắt đầu chuyển động nhanh dần đều sau khi đi được quãng đường 144 m thì vận tốc đạt được 12 m/s. Hệ số ma sát giữa xe và mặt đường là μ = 0,04. Tính công của các lực tác dụng lên xe trên quãng đường 144m đầu tiên. Lấy

$g=10m/s^2.$

Lời giải:

Gia tốc của xe là: $v^2-0=2as\iff a=\frac{v^2}{2s}=0,5m/s^2$

Các lực tác dụng lên xe bao gồm:

$\overrightarrow{N},\overrightarrow{P},{\overrightarrow{F}}_k,\overrightarrow{F_{ms}}$

Theo định luật II Newwton, ta có:

$\overrightarrow{N}+\overrightarrow{P}+{\overrightarrow{F}}_k+\overrightarrow{F_{ms}}=m\overrightarrow{a}$

Chiếu lên Oy: N – P = 0

Chiếu lên Ox: $F_k-F_{ms}=m.a$

Độ lớn của lực ma sát là:

$F_{ms}=\mu mg=1000N.$

Độ lớn của lực kéo là:

$F_k-F_{ms}=ma\iff F_k=ma+F_{ms}=2250N.$

Vậy:

Công của lực ma sát:

$A_{ms}=F_{ms}.s=1,{44.10}^{5}J.$

Công của lực kéo:

$A_k=F_k.s=3,{24.10}^{5}J.$

Công của trọng lực và áp lực:

$A_P=A_N=0.$

Câu 5: Trong mùa sinh sản, cá hồi bơi dọc theo con sông dài 3000 km trong 90 ngày để đến thượng nguồn của con sông. Trong suốt quá trình này, trung bình mỗi con cá hồi phải sinh công $1,{7.10}^{6}J.$ Tính lực trung bình của cá hồi khi bơi.

A. 5,6 N.

B. 56 N.

C. 0,56 N.

D. 560 N.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Đổi: 90 ngày = 90.86400 = 7776000 s

Công suất trung bình của cá hồi:

$\mathbb{P}=\frac{A}{t}=\frac{1,{7.10}^6}{7776000}\approx 0,22J$

Tốc độ trung bình của cá hồi:

$v=\frac{s}{t}=\frac{3000000}{7776000}\approx 0,39m/s$

Lực trung bình của cá hồi khi bơi:

$F=\frac{\mathbb{P}}{v}=\frac{0,22}{0,39}\approx 0,56N$

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

• Công cơ học là gì? Công thức tính công cơ học

• 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

• Khối lượng riêng là gì? Công thức tính khối lượng riêng

---