Buzz
1. Công và định luật về công
Công được hiểu là hành động thực hiện lên một vật thể, gây ra một lực làm di chuyển vật đó. Chỉ khi có lực tác dụng vào vật và làm cho vật di chuyển thì mới có công cơ học. Ví dụ: Khi một con bò kéo xe trên đường, lực kéo của nó thực hiện công cơ học. Trong vật lý, công là đại lượng vô hướng, được tính bằng tích của lực và quãng đường mà lực đó tác động, gọi là công của lực. Chỉ có thành phần của lực theo hướng chuyển động mới gây ra công.
Định luật về công: Một máy cơ đơn giản không bao giờ mang lại lợi ích về công. Nếu máy giúp bạn giảm bớt lực, thì bạn sẽ phải bù lại bằng việc làm tăng quãng đường đi.
Ví dụ: Một ròng rọc động giúp giảm lực cần thiết gấp 2 lần, nhưng lại làm tăng quãng đường di chuyển gấp 2 lần.
2. Công thức tính công
Công cơ học được xác định bởi hai yếu tố chính: lực tác động lên vật và quãng đường vật di chuyển. Công sẽ tăng nếu lực tác động lớn hơn hoặc quãng đường di chuyển dài hơn và ngược lại.
Công thức tính công cơ học là A = F.s, áp dụng khi một lực F tác động lên vật và làm vật di chuyển một quãng đường s theo hướng của lực.
Ví dụ: Nếu bạn dùng một lực F để kéo vật trên mặt sàn theo phương ngang, làm vật di chuyển một quãng đường s theo hướng ngang, thì công của lực được tính bằng A = F.s.
Lưu ý:
- Khi vật di chuyển không theo hướng của lực, công sẽ được tính bằng một công thức khác mà bạn sẽ học ở lớp sau.
- Nếu vật di chuyển vuông góc với hướng của lực, thì công của lực đó sẽ bằng không (0).
- Công thức trên chỉ áp dụng khi vật di chuyển theo cùng phương với lực.
- Nếu vật di chuyển theo phương vuông góc với hướng của lực, công của lực đó sẽ bằng không.
- Nếu vật di chuyển không theo hướng của lực, công sẽ được tính bằng công thức khác và có giá trị nhỏ hơn F.s.
- Đơn vị kW.h cũng được sử dụng để đo công cơ học: 1 kW.h = 3.600.000 J
3. Một số bài tập ứng dụng công thức tính công
Bài 1: Trong các trường hợp sau, đâu là trường hợp có công cơ học? Chọn đáp án chính xác nhất.
A. Khi lực tác dụng lên vật.
B. Khi có lực tác động lên vật và vật di chuyển theo phương vuông góc với lực.
C. Khi có lực tác động lên vật và vật di chuyển theo phương không vuông góc với lực.
D. Khi có lực tác động lên vật nhưng vật vẫn không chuyển động.
Hướng dẫn giải đáp án
Công cơ học được áp dụng khi có lực tác động vào vật và vật di chuyển theo phương không vuông góc với lực ⇒ Đáp án đúng là C
Bài 2: Trong các tình huống dưới đây, tình huống nào thể hiện công cơ học?
A. Đầu tàu hỏa đang kéo đoàn tàu di chuyển.
B. Người công nhân sử dụng ròng rọc cố định để nâng vật nặng lên.
C. Ô tô đang di chuyển trên mặt đường bằng phẳng.
D. Một quả nặng rơi tự do từ trên cao xuống.
Hướng dẫn đáp án
Đầu tàu hỏa kéo đoàn tàu di chuyển ⇒ Lực kéo của đầu tàu
Người công nhân sử dụng ròng rọc cố định để nâng vật nặng ⇒ Lực căng của ròng rọc
Ô tô di chuyển trên đường bằng phẳng ⇒ Lực kéo từ động cơ ô tô
Quả nặng rơi từ trên cao xuống ⇒ Lực trọng trường tác động lên quả nặng
Lựa chọn D
Bài 3: Công thức để tính công cơ học khi một lực F tác động vào vật và làm vật di chuyển một khoảng cách s theo hướng của lực là:
A. A = F/s
B. A = F.s
C. A = s/F
D. A = F – s
Hướng dẫn giải chi tiết
Công thức tính công cơ học khi một lực F làm vật di chuyển một khoảng cách s theo hướng của lực là A = F.s. Vì vậy, đáp án đúng là B.
Bài 4: Trong các tình huống dưới đây, tình huống nào không thực hiện công cơ học?
A. Một người kéo một vật đang di chuyển.
B. Một viên bi đang lăn trên mặt sàn nằm ngang hoàn toàn bằng phẳng.
C. Một lực sĩ đang nâng tạ từ dưới lên trên.
D. Máy xúc đất đang hoạt động để đào đất.
Hướng dẫn giải chi tiết
Trong trường hợp viên bi lăn trên mặt sàn nằm ngang hoàn toàn phẳng thì không có công cơ học thực hiện. Do đó, đáp án đúng là B.
Bài 5: Một nhóm học sinh đẩy xe chở đất từ điểm A đến điểm B trên đoạn đường nằm ngang. Khi đến B, họ đổ đất và đẩy xe trở lại A không theo đường cũ. So sánh công thực hiện trong lượt đi và lượt về.
A. Công thực hiện ở lượt đi bằng công thực hiện ở lượt về vì quãng đường là như nhau.
B. Công thực hiện ở lượt đi nhiều hơn vì lực đẩy trong lượt đi lớn hơn trong lượt về.
C. Công thực hiện ở lượt về nhiều hơn vì xe di chuyển nhanh hơn.
D. Công thực hiện ở lượt đi ít hơn vì xe nặng nên di chuyển chậm hơn.
Đáp án hướng dẫn giải
Công cơ học được tính bằng công thức A = F.s, cho thấy công cơ học tỷ lệ thuận với lực F. Trong ví dụ này, lực đẩy từ A đến B lớn hơn so với lực đẩy từ B về A, do đó công ở lượt đi nhiều hơn vì lực đẩy lớn hơn. ⇒ Đáp án B
Bài 6: Một ròng rọc cố định thay đổi hướng chuyển động của dây một góc 90° khi kéo vật lên cao như hình vẽ.
A. Lực kéo đã thực hiện công vì có tác dụng làm vật di chuyển.
B. Lực kéo không thực hiện công vì phương của lực vuông góc với phương dịch chuyển của vật.
C. Lực kéo không thực hiện công vì lực kéo tác dụng lên vật phải đi qua ròng rọc.
D. Lực kéo không thực hiện công vì vật có thể tiếp tục chuyển động do quán tính ngay cả khi không có lực kéo.
Đáp án hướng dẫn giải: Lực kéo không thực hiện công vì phương của lực vuông góc với phương dịch chuyển của vật. Lực thực hiện công ở đây là lực căng dây. ⇒ Đáp án B
Bài 7: Một cần cẩu nâng một thùng hàng có khối lượng 2500 kg lên cao 12 m. Tính công thực hiện trong trường hợp này.
A. 300 kJ
B. 250 kJ
C. 2,08 kJ
D. 300 J
Đáp án hướng dẫn giải
Thùng hàng nặng 2500 kg, tương ứng với trọng lượng: P = 2500 × 10 = 25000 N.
Khi nâng thùng hàng lên cao 12 m, công thực hiện là: A = F × s = 25000 × 12 = 300000 J = 300 kJ ⇒ Đáp án A
Bài 8: Một đầu máy xe lửa kéo các toa bằng lực F = 7500 N. Công thực hiện khi các toa xe di chuyển quãng đường s = 8 km là bao nhiêu?
A. A = 60000 kJ
B. A = 6000 kJ
C. Một kết quả khác
D. A = 600 kJ
Hướng dẫn giải
Chuyển đổi 8 km = 8000 m
Công thực hiện bởi lực kéo được tính như sau: A = F × s = 7500 × 8000 = 6 × 10^7 J = 60000 kJ ⇒ Đáp án A
Bài 9: Trường hợp nào dưới đây thực hiện công cơ học?
A. Lực của con bò kéo xe bò di chuyển
B. Kéo vật trên mặt phẳng nằm ngang
C. Đẩy cuốn sách từ vị trí này sang vị trí khác trên mặt bàn
D. Tất cả các trường hợp trên đều thực hiện công cơ học
Đáp án A
Bài 10: Phát biểu nào sau đây là chính xác nhất?
A. Công cơ học xảy ra khi lực tác dụng vào vật.
B. Công cơ học xảy ra khi lực tác dụng vào vật và vật di chuyển theo hướng vuông góc với lực.
C. Công cơ học xảy ra khi lực tác dụng vào vật và vật chuyển động theo hướng không vuông góc với lực.
D. Công cơ học xảy ra khi lực tác dụng vào vật nhưng vật không di chuyển.
Đáp án C
Khi lực tác động lên vật và vật di chuyển theo hướng không vuông góc với hướng của lực thì sẽ có công cơ học xảy ra.
Bài 11: Ai trong số những người dưới đây đang thực hiện công cơ học?
A. Người đang ngồi đọc báo.
B. Lực sĩ đang giữ quả tạ ở tư thế thẳng đứng.
C. Người đi xe đạp xuống dốc mà không cần phải đạp.
D. Học sinh đang kéo nước từ giếng lên.
Đáp án D
Công cơ học áp dụng trong trường hợp có lực tác động lên vật và vật di chuyển theo hướng không vuông góc với hướng của lực. Do đó, việc học sinh kéo nước từ giếng lên là một ví dụ về công cơ học.
Bài 12: Một vật nặng 500 g rơi từ độ cao 20 dm xuống đất. Trọng lực đã thực hiện một công là
A. 1000 J. B. 1 J. C. 10000 J. D. 10 J.
Đáp án B
Bài 13: Trong các tình huống sau đây, tình huống nào thực hiện công cơ học?
A. Vận động viên bắn cung đang kéo căng cung và nhắm mục tiêu.
B. Học sinh đang ngồi học bài.
C. Máy xúc đang hoạt động.
D. Quả bưởi đang treo trên cây.
Đáp án C
