Buzz
1. Định luật công
- Định luật công: Các máy cơ đơn giản không mang lại lợi ích về công. Lợi về lực sẽ dẫn đến thiệt hại tương ứng về đường đi.
- Trong thực tế, các máy cơ đơn giản luôn gặp phải ma sát. Do đó, công thực hiện phải bao gồm việc vượt qua ma sát và nâng vật lên. Công tổng cộng là công toàn phần, công nâng vật lên là công có ích, còn công để chống ma sát là công hao phí.
- Công toàn phần = Công có ích + Công hao phí
- Tỉ lệ giữa công có ích (A1) và công toàn phần (A2) được gọi là hiệu suất của máy.
- Ví dụ: Một ròng rọc động giúp ta lợi 2 lần về lực nhưng lại giảm 2 lần về đường đi.
2. Kiến thức cơ bản về công và các công thức liên quan.
- Công cơ học là công do lực sinh ra; khi một vật tác dụng lực và lực này thực hiện công, công đó được gọi là công của vật.
- Công cơ học thường được gọi đơn giản là công.
- Ví dụ: Khi một đầu tàu hỏa kéo các toa tàu, chúng ta nói lực kéo của đầu tàu thực hiện công cơ học, hay đầu tàu đang thực hiện công cơ học.
- Công của lực là tích phân đường của thành phần lực tiếp tuyến theo quỹ đạo của điểm tác dụng lực. Công được tính bằng A = F × s × cosα
- Trong đó:
+ A: công cơ học, thường gọi tắt là công (J)
+ s: khoảng cách di chuyển (m)
+ F: độ lớn của lực tác dụng (N)
+ α: góc tạo bởi vectơ lực và vectơ chuyển dời.
- Công cơ học là một đại lượng vô hướng, có thể có giá trị âm, dương hoặc bằng 0, tùy thuộc vào góc giữa phương của lực tác dụng và hướng di chuyển.
+ A > 0: công phát động
+ A < 0: lực sinh công âm
+ A = 0: lực không thực hiện công
- Công được biểu diễn lần đầu bởi nhà toán học Pháp Gaspard-Gustave vào năm 1826. Trong hệ SI, đơn vị của công là Jun (J), đây là đơn vị chung cho các dạng năng lượng. Từ công thức (1) => 1J = 1N × 1m, có nghĩa là 1J là năng lượng sinh ra khi một lực có độ lớn 1N làm một vật di chuyển 1m theo phương của lực tác dụng.
- Ròng rọc cố định: Chỉ thay đổi hướng của lực mà không làm thay đổi độ lớn của lực.
- Ròng rọc động: Khi sử dụng một ròng rọc động, bạn sẽ lợi 2 lần về lực nhưng mất 2 lần về đường đi.
- Mặt phẳng nghiêng: Mang lại lợi ích về lực nhưng lại làm mất nhiều đường đi hơn.
- Đòn bẩy: Có thể lợi về lực nhưng lại thiệt về đường đi, hoặc ngược lại. [ĐÚNG NHẤT] Hãy phát biểu định luật về công (xem ảnh 3)
- Cách giải bài tập về Công
+ Tính công cơ học khi sử dụng máy cơ đơn giản
+ Khi nâng vật lên độ cao h: A = F × s hoặc A = P × h / H
Trong đó:
+ F: lực kéo vật (N)
+ P: trọng lượng của vật (N)
+ h: độ cao mà vật được nâng lên (m)
+ H: hiệu suất của mặt phẳng nghiêng
s là:
+ Chiều dài của mặt phẳng nghiêng (khi sử dụng mặt phẳng nghiêng)
+ Độ cao cần nâng vật lên (khi sử dụng ròng rọc cố định)
+ Chiều dài của đoạn dây cần kéo (khi sử dụng ròng rọc động)
3. Một số bài tập tham khảo
Bài 1 (trang 50 | SGK Vật Lý 8): So sánh hai lực F1 và F2.
Lời giải:
Theo tính toán: F2 bằng một nửa của F1.
Bài 2 (trang 50 | SGK Vật Lý 8): So sánh hai quãng đường s1 và s2 đã được đi.
Lời giải: Ta có: s2 gấp đôi s1.
Bài 3 (trang 51 | SGK Vật Lý 8): Để nâng một vật có trọng lượng P = 420N lên cao bằng ròng rọc động, cần kéo dây một đoạn dài 8m. Bỏ qua ma sát.
a) Tính toán lực kéo và độ cao mà vật có thể được nâng lên.
b) Xác định công cần thiết để nâng vật.
Lời giải:
a) Khi dùng ròng rọc động để nâng vật, lực kéo chỉ bằng một nửa trọng lượng của vật, cụ thể là:
F = P/2 = 420/2 = 210N
Khi dùng ròng rọc động, lực kéo giảm một nửa nhưng quãng đường kéo lại gấp đôi, do đó độ cao vật được nâng thực tế là một nửa quãng đường kéo, cụ thể là:
h = 8 / 2 = 4m
b) Công cần để nâng vật là: A = P.h = 420.4 = 1680J.
Bài 4 (trang 39 | Sách bài tập Vật Lí 8): Một vật nặng được nâng lên độ cao h bằng hai phương pháp. Phương pháp đầu tiên, kéo trực tiếp theo phương thẳng đứng. Phương pháp thứ hai, kéo vật theo mặt phẳng nghiêng có chiều dài gấp đôi độ cao h. Nếu bỏ qua ma sát, thì:
A) Công thực hiện theo cách thứ hai nhiều hơn vì quãng đường kéo dài gấp đôi.
B) Công thực hiện theo cách thứ hai ít hơn vì lực kéo theo mặt phẳng nghiêng nhỏ hơn.
C) Công thực hiện theo cách đầu tiên nhiều hơn vì lực kéo lớn hơn.
D) Công thực hiện theo cách đầu tiên ít hơn vì quãng đường kéo của vật chỉ bằng nửa so với cách thứ hai.
Lời giải: Chọn E
Theo nguyên tắc về công, không có máy cơ đơn giản nào giúp ta tiết kiệm công, vì vậy công thực hiện ở cả hai phương pháp là như nhau.
Bài 5 (trang 39 | Sách bài tập Vật Lí 8): Một người đi xe đạp đạp đều từ chân dốc lên đỉnh dốc cao 5m. Đoạn dốc dài 40m. Tính công mà người đó đã thực hiện. Biết lực ma sát cản xe là 20N, và khối lượng của xe cùng người là 60kg.
Tóm tắt: h = 5m; s = 40m; Fms = 20N; m = 60kg Công A = ?
Lời giải: Khối lượng của xe và người là 60kg, do đó trọng lượng là:
P = 10.m = 10.60 = 600N.
Công hao phí do lực ma sát tạo ra là:
A1 = Fms.s = 20.40 = 800J
Công có ích là: A2 = P.h = 600.5 = 3000J. Tổng công của người thực hiện bao gồm công nâng vật lên cao và công để vượt qua lực ma sát:
A = A1 + A2 = 800J + 3000J = 3800J
Bài 6 (trang 40 | Sách bài tập Vật Lí 8): Để nâng một vật nặng lên cùng một độ cao, người ta sử dụng hai phương pháp. Phương pháp đầu tiên, sử dụng một ròng rọc cố định (hình H.14.3a). Phương pháp thứ hai, kết hợp ròng rọc cố định và ròng rọc động (hình H.14.3b). Nếu bỏ qua ma sát và trọng lượng của ròng rọc, thì:
A) Công thực hiện bằng nhau ở cả hai phương pháp.
B) Công thực hiện theo phương pháp đầu tiên nhiều hơn vì lực kéo bằng trọng lượng vật.
C) Công thực hiện theo phương pháp thứ hai nhiều hơn vì dây phải kéo dài hơn.
D) Công thực hiện theo phương pháp thứ hai ít hơn vì lực kéo nhỏ hơn trọng lượng vật.
Lời giải: Chọn A
Theo định luật về công, không có máy cơ đơn giản nào giúp tiết kiệm công, vì vậy công thực hiện ở cả hai phương pháp là như nhau.
Bài 7 (trang 41 | Sách bài tập Vật Lí 8): Trong xây dựng, để nâng vật nặng lên cao, người ta thường sử dụng ròng rọc cố định hoặc hệ thống ròng rọc cố định và ròng rọc động (gọi là palăng), như hình 14.4.
Phát biểu nào sau đây không chính xác về tác dụng của ròng rọc?
A) Ròng rọc cố định giúp giảm lực nâng vật đi một nửa.
B) Ròng rọc động giúp giảm bớt lực cần để nâng vật lên.
C) Hệ thống palăng bao gồm một ròng rọc cố định và một ròng rọc động, có khả năng giảm lực nâng vật xuống gấp đôi.
D) Hệ thống palăng với một ròng rọc cố định và hai ròng rọc động giúp giảm lực nâng vật xuống gấp bốn lần.
Giải đáp: Lựa chọn A
Ròng rọc cố định giúp thay đổi hướng kéo của lực mà không làm giảm lực nâng như khi kéo trực tiếp.
