Để hiểu được động năng là gì? trong chương trình vật lí lớp 10 chúng ta phải hiểu rõ khái niệm công cơ học một khái niệm được xây dựng bởi nhà toán học người Pháp.
Động năng là gì?
Động năng là năng lượng sinh ra khi vật hoặc hệ vật chuyển động
Các ví dụ về động năng
Sử dụng năng lượng từ chuyển động của các dòng không khí (gió) thành công cơ học để bơm nước từ các giếng sâu lên mặt đất.
Năng lượng có được từ chuyển động của các dòng không khí (các cơn gió) làm quay các cánh quạt, chuyển động quay của cánh quạt lại được nối với các tuabin của máy phát điện. Năng lượng từ dòng điện sinh ra được sử dụng trong đời sống hàng ngày như thắp sáng, sạc các loại pin, chạy các thiết bị điện như tivi, tủ lạnh, bếp điện, điều hòa …
Mối quan hệ giữa động năng và công cơ học
một vật khối lượng m đang chuyển động theo phương ngang với vận tốc \[\vec{v_{1}}\] thì chịu tác dụng của một lực \[\vec{F}\] làm vật chuyển động thẳng biến đổi đều. Sau khoảng thời gian Δt vật đi được quãng đường là s =>
v22 – v12 = 2as
Công của lực F:
\[A=F.s=m.a.\dfrac{v_{2}^{2}-v_{1}^{2}}{2a} \] => \[A=\dfrac{mv_{2}^{2}}{2}-\dfrac{mv_{1}^{2}}{2}\]
Giả sử ban đầu vật đứng yên → v1 = 0 → \[A=\dfrac{mv_{2}^{2}}{2}\] vì công là năng lượng → phần năng lượng sinh ra khi vật chuyển động (động năng) kí hiệu là Wđ
Công thức tính Động năng
\[W_{đ} =\dfrac{mv^{2}}{2}\] = 0,5mv2.
Trong đó
- W$_{đ}$: động năng của vật (J)
- m: khối lượng của vật (kg)
- v: vận tốc của vật
- Động năng là một đại lượng vô hướng.
Lý thuyết về động năng, định lý động năng nằm trong chương trình vật lí lớp 10 chủ đề năng lượng
Đinh lý động năng
Định lý động năng: Độ biến thiên động năng ΔW$_{đ}$=W$_{đ2}$ – W$_{đ1}$ bằng công của ngoại lực tác dụng vào vật
Biểu thức định lý Động năng:
ΔW$_{đ}$=W$_{đ2}$ – W$_{đ1}$=\[\dfrac{mv_{2}^{2}}{2}-\dfrac{mv_{1}^{2}}{2}=A\]
- Nếu v2 > v1 => ΔW$_{đ }$> 0 => A > 0: ngoại lực sinh công phát động làm động năng của vật tăng lên
- nếu v2 < v1 => ΔW$_{đ }$< 0 => A < 0: ngoại lực sinh công cản làm động-năng của vật giảm đi
Ví dụ về động năng, định lí động năng
Trong thực tế lực ma sát luôn sinh công cản làm động-năng của vật giảm (tiêu hao năng lượng) chính vì lý do này mà mọi vật chuyển động có ma sát nếu không được cung cấp năng lượng bổ xung đều dừng lại sau một khoảng thời gian chuyển động.
Bài tập ví dụ về động năng, định lý động năng
Bài 1: Một viên đạn khối lượng 14g chuyển động với vận tốc 400 m/s theo phương ngang xuyên qua tấm gỗ dày 5 cm. Vận tốc viên đạn sau khi xuyên qua gỗ là 120 m/s. Tính lực cản trung bình của tấm gỗ tác dụng lên viên đạn?
Phân tích bài toán
m = 14.10-3kg; v1 = 400m/s; s = 0,05m; v2 = 120m/s.
Giải
$W_{đ2}$ – $W_{đ1}$ = 0,5m(v22 – v12) = F.s = > F = -20384N
Bài 2: Một ôtô chạy với vận tốc 24 m/s có khối lượng 1100 kg, hãm phanh chuyển động chậm dần đều. Tính:
a/ Độ biến thiên động năng của ô tô sau khi vận tốc giảm còn 10m/s.
b/ Lực hãm trung bình sau khi ô tô đi thêm được 60m
Phân tích bài toán
v1 = 24m/s; m = 1100kg; v2 = 10m/s; s = 60m
Giải
a/ Δ$W_{đ}$ = 0,5m(v22 – v12) = -261800(J)
b/ Δ$W_{đ }$ = A = -F.s = > F = 4363N