BÀI 2: CƠ NĂNG

Mở đầu: Khi xảy ra sạt lở đất ở vùng đồi núi, các khối đất đá từ trên cao trượt xuống dưới có thể gây thiệt hại cho con người và tài sản (hình 2.1). Trước khi sạt lở, khối đất đá ở trên cao có thế năng. Trong quá trình trượt xuống, khối đất đá có động năng. Thế năng và động năng của khối đất đá được tính như thế nào?

Giải nhanh:

- Thế năng: Đây là năng lượng của một đối tượng do vị trí của nó. Khi một khối đất đá nằm ở độ cao h và ký vọng rơi xuống, thế năng của nó được tính bằng công thức: Wt = m x g x h 

- Động năng: Đây là năng lượng của một đối tượng đo tốc độ của nó. Khi một khối đất đá rơi xuống với tốc độ v, động năng của nó được tính bằng công thức: Wđ = 0,5 x m x v² 

I. ĐỘNG NĂNG

Câu 1:Lấy ví dụ về các vật có động năng trong đời sống.

Giải nhanh:

- Ô tô đang chạy trên đường.

- Con vật đang di chuyển.

Câu 2: Tính động năng của xe máy có khối lượng 100kg đang chuyển động với vận tốc 15m/s.

Giải nhanh:

11250 (J)

II. THẾ NĂNG TRỌNG TRƯỜNG

Câu 1: Thế năng trọng trường của vật phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Giải nhanh:

+ Khối lượng của vật: Khối lượng của vật càng lớn, thế năng trọng trường của vật càng lớn. 

+ Độ cao của vật: Độ cao của vật càng lớn, thế năng trọng trường của vật càng lớn.

Câu 2: Ở gần mặt đất, trọng lượng của vật liên hệ với khối lượng của nó như thế nào?

Giải nhanh:

Trọng lượng của vật tỉ lệ thuận với khối lượng của vật.

Câu 3: Trong hình 1.4, kiện hàng được người công nhân đưa lên cao 1,2 m so với mặt đất. Chọn mặt đất là mốc thế năng. Tính thế năng trọng trường của kiện hàng, biết rằng trọng lượng của kiện hàng là 45 N.

Giải nhanh:

Wt = 54 (J)

III. CƠ NĂNG 

Câu 1: Khi chuyển động từ vị trí B đến vị trí C, vì sao thế năng của bạn nhỏ  tăng dần?

Giải nhanh:

Do độ cao của bạn tăng dần

Câu 2: Tính cơ năng của bạn nhỏ ở vị trí B (hình 2.3) trong 2 trường hợp:

a) Chọn mặt đất làm mốc thế năng. Biết rằng, động năng của bạn nhỏ tại B bằng 90J và thế năng bằng 150J.

b) Chọn điểm B làm mốc thế năng.

Giải nhanh:

a) W = 240 (J)

b) W = 90 (J)

Câu 3: Phân tích sự chuyển hóa động năng và thế năng của bạn nhỏ khi chơi cầu trượt ở hình 2.4 trong 2 trường hợp sau:

a) Bỏ qua ma sát của mặt cầu trượt và lực cản không khí.

b) Lực ma sát giữa bạn nhỏ và cầu trượt có giá trị đáng kể.

Giải nhanh:

a) Bỏ qua ma sát của mặt cầu trượt và lực cản không khí: 

- Tại vị trí A (đầu cầu trượt):

+ Động năng: 0

+ Thế năng trọng trường: Lớn nhất

- Khi di chuyển từ A đến B (cuối cầu trượt): 

+ Động năng: Tăng dần 

+ Thế năng trọng trường: Giảm dần

- Tại vị trí B (cuối cầu trượt): 

+ Động năng: Lớn nhất 

+ Thế năng trọng trường: Nhỏ nhất 

b) Lực ma sát giữa bạn nhỏ và cầu trượt có giá trị đáng kể: 

- Tại vị trí A (đầu cầu trượt): 

+ Động năng: 0

+ Thế năng trọng trường: Lớn nhất 

- Khi di chuyển từ A đến B (cuối cầu trượt): 

+ Động năng: Tăng dần 

+ Thế năng trọng trường: Giảm dần 

- Tuy nhiên, một phần năng lượng bị mất do ma sát, do đó: 

+ Động năng: Không đạt được giá trị lớn nhất như trường hợp a

+ Thế năng trọng trường: Không giảm đến giá trị nhỏ nhất như trường hợp a

- Tại vị trí B (cuối cầu trượt): 

+ Động năng: Nhỏ hơn so với trường hợp a) do ma sát. 

+ Thế năng trọng trường: Lớn hơn so với trường hợp a) do ma sát. 

Vận dụng: Trên công trường xây dựng, để đóng các cọc bê tông lún sâu xuống lòng đất, người ta dùng búa máy như hình 2.5. Đầu búa có trọng lượng lớn được kéo lên một độ cao nhất định so với mặt đất rồi thả rơi xuống đập vào cọc bê tông. 

Mô tả sự chuyển hóa năng lượng của đầu búa từ lúc được thả rơi cho tới ngày trước khi đập vào cọc. Bỏ qua sự hao phí năng lượng do lực cản của môi trường.

Giải nhanh: 

- Tại vị trí A (vị trí ném): 

+ Động năng: Wđ = ½ mv² (Vật có vận tốc ban đầu) 

+ Thế năng trọng trường: Wt = mgh (Vật ở độ cao h) 

- Khi di chuyển từ A đến B (điểm cao nhất): 

+ Động năng: Wđ giảm dần 

+ Thế năng trọng trường: Wt tăng dần 

- Tại vị trí B (điểm cao nhất): 

+ Động năng: Wđ = 0 (Vật đứng yên) 

+ Thế năng trọng trường: Wt = mghmax (Vật ở độ cao cao nhất) 

- Khi di chuyển từ B đến C (vị trí chạm đất): 

+ Động năng: Wđ tăng dần 

+ Thế năng trọng trường: Wt giảm dần 

- Tại vị trí C (vị trí chạm đất): 

+ Động năng: Wđ = ½ mv² (Vật có vận tốc khi chạm đất) 

+ Thế năng trọng trường: Wt = 0 (Vật ở độ cao 0)