Buzz
1. Cơ năng là gì?
Cơ năng là đại lượng vật lý biểu thị khả năng của vật để thực hiện công cơ học. Nói cách khác, một vật có cơ năng khi nó có khả năng làm việc cơ học.
Trong vật lý, cơ năng của một vật là tổng của thế năng và động năng. Cơ năng càng cao khi vật thực hiện nhiều công hơn.
Cơ năng bao gồm hai loại chính: thế năng và động năng.
- Thế năng của vật được tính dựa trên độ cao so với mốc tham chiếu, như mặt đất. Thế năng hấp dẫn tăng theo chiều cao và khối lượng của vật; khi vật ở trên mặt đất, thế năng hấp dẫn bằng 0. Thế năng đàn hồi là dạng khác của cơ năng, liên quan đến độ biến dạng của lò xo và cần kiểm tra tính đàn hồi của vật để xác định.
- Động năng là dạng cơ năng do chuyển động của vật tạo ra. Động năng tăng khi tốc độ và khối lượng của vật tăng; vật đứng yên có động năng bằng 0.
2. Khi nào cơ năng của một vật được bảo toàn?
Câu hỏi: Cơ năng của một vật được bảo toàn khi nào?
A. Vật bị ảnh hưởng bởi các lực không phải là lực thế
B. Vật bị tác động bởi bất kỳ loại lực nào
C. Vật chỉ chịu tác động của lực thế
D. Vật chỉ bị tác động bởi một lực duy nhất
Đáp án: Chọn C
Cơ năng của một vật được bảo toàn khi chỉ chịu tác động của các lực thế như trọng lực và lực đàn hồi.
Nguyên tắc bảo toàn cơ năng áp dụng khi vật chỉ chịu tác động của các lực thế như trọng lực và lực đàn hồi, không có sự can thiệp của các lực không đàn hồi như ma sát hoặc lực cản. Trong điều kiện lý tưởng, tổng cơ năng của hệ thống (gồm năng lượng động và năng lượng tiềm năng) sẽ được bảo toàn. Nguyên tắc này giả định rằng không có mất mát năng lượng trong quá trình chuyển động, mặc dù trong thực tế có thể có mất mát do các yếu tố khác.
3. Bảo toàn cơ năng khi vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi
Khi chỉ có lực đàn hồi tác động (do biến dạng lò xo), cơ năng của vật, được tính bằng tổng thế năng và động năng đàn hồi, được bảo toàn trong suốt quá trình chuyển động. Điều này đúng khi vật chỉ bị ảnh hưởng bởi trọng lực và lực đàn hồi từ lò xo, không có sự can thiệp của lực khác như ma sát hoặc lực cản.
Bảo toàn cơ năng trong trường hợp chỉ có lực đàn hồi (do biến dạng lò xo) được mô tả như sau: Trong quá trình chuyển động, cơ năng của vật, bao gồm tổng thế năng và động năng đàn hồi, luôn được bảo toàn. Điều này đúng khi vật chỉ chịu tác động của trọng lực và lực đàn hồi, không bị ảnh hưởng bởi lực cản hoặc ma sát. Điều này thể hiện sự duy trì tổng năng lượng trong hệ thống khi chỉ có các lực đã đề cập tác động lên vật.
Lưu ý rằng nguyên tắc bảo toàn năng lượng chỉ đúng khi không có sự thay đổi năng lượng do các lực khác tác động lên vật trong hệ thống đó.
4. Một số bài tập về cơ năng trong vật lý
Câu 1: Cơ năng đàn hồi của hệ vật và lò xo
A. Cơ năng đàn hồi của hệ thống vật và lò xo bằng tổng động năng của vật cộng với thế năng đàn hồi của lò xo
B. Cơ năng đàn hồi của hệ thống vật và lò xo bằng động năng của vật và thế năng đàn hồi của lò xo
C. Cơ năng đàn hồi của hệ thống vật và lò xo bằng thế năng đàn hồi của lò xo
D. Cơ năng đàn hồi của hệ thống vật và lò xo bằng động năng của vật
Lời giải: Chọn A. Cơ năng đàn hồi của hệ vật và lò xo là tổng của động năng của vật và thế năng đàn hồi của lò xo.
Câu 2: Chọn đáp án đúng về cơ năng từ các lựa chọn dưới đây
A. Là một đại lượng vectơ
B. Là một đại lượng vô hướng có giá trị đại số
C. Là một đại lượng vô hướng luôn có giá trị dương
D. Là một đại lượng vô hướng có thể dương hoặc bằng 0
Đáp án đúng: D. Cơ năng là một đại lượng vô hướng có thể dương hoặc bằng 0. Cơ năng, trong vật lý, là tổng của động năng và thế năng của một hệ thống vật thể. Vì cơ năng không có hướng cụ thể và có thể có giá trị dương khi hệ thống có năng lượng, hoặc bằng 0 khi không có năng lượng, nên đáp án D là chính xác.
Câu 3: Trong quá trình rơi tự do, có sự chuyển đổi giữa động năng và thế năng, nhưng tổng cơ năng (động năng cộng thế năng) thường được bảo toàn trong hệ thống.
A. Động năng tăng, thế năng giảm: Lựa chọn này không đúng, vì tổng cơ năng (động năng cộng thế năng) không gia tăng.
B. Động năng tăng, thế năng tăng: Cũng không chính xác, vì trong quá trình rơi tự do, tổng cơ năng không thay đổi (trong điều kiện không có lực cản).
C. Động năng giảm, thế năng giảm: Không chính xác, vì tổng cơ năng thường được bảo toàn.
D. Động năng giảm, thế năng tăng: Đây là lựa chọn đúng. Trong quá trình rơi tự do, động năng tăng do tăng tốc độ, trong khi thế năng giảm do giảm độ cao. Tuy nhiên, tổng cơ năng vẫn được bảo toàn nếu không có lực cản.
Vì vậy, đáp án chính xác là D. Động năng giảm, thế năng tăng.
Câu 4: Chọn đáp án đúng: Cơ năng đàn hồi là một đại lượng
A. Có thể là dương, âm hoặc bằng không
B. Luôn luôn khác không
C. Luôn luôn dương
D. Luôn luôn dương hoặc bằng không
Cơ năng đàn hồi là một đại lượng vô hướng và có thể nhận các giá trị không âm. Nó thể hiện năng lượng tích trữ từ sự biến dạng của hệ thống như lò xo. Do đó, đáp án chính xác là: A. Có thể dương, âm hoặc bằng không. Cơ năng đàn hồi có thể có giá trị dương khi lò xo bị nén hoặc kéo dài, có thể âm khi có sự tiêu tốn năng lượng để biến dạng, hoặc bằng không khi không có sự biến dạng.
Câu 5: Trong quá trình rơi tự do, vật chịu tác động của trọng lực, dẫn đến sự chuyển đổi giữa thế năng và động năng.
A. Cơ năng không thay đổi: Không đúng, vì có sự chuyển đổi giữa thế năng và động năng.
B. Cơ năng đạt cực tiểu ngay trước khi chạm đất: Điều này không chính xác vì cơ năng (tổng thế năng và động năng) được bảo toàn nếu không có lực bên ngoài tác động làm mất năng lượng.
C. Thế năng tăng: Không đúng, vì thế năng giảm khi vật rơi xuống.
D. Động năng giảm: Không đúng, vì thực tế động năng gia tăng khi vật rơi xuống.
Vì vậy, đáp án chính xác nhất là: B. Cơ năng đạt giá trị cực tiểu ngay trước khi tiếp đất.
