Trong vật lý, công là một đại lượng vô hướng có thể mô tả là tích của lực với quãng đường dịch chuyển mà nó gây ra, và nó được gọi là công của lực.
Tính chất về công
Công [A] là đại lượng vô hướng có thể dương, âm, hoặc = 0
- Nếu lực luôn vuông góc với đường đi thì A = 0.
- Nếu A > 0: công phát động [công dương]
- Nếu A < 0: công cản [công âm]
- Nếu lực có độ lớn không đổi và luôn tạo với đường đi một góc α thì: A = F.s.cosα
Đơn vị công
Đơn vị của công A trong hệ SI là Joule [còn viết là Jun], kí hiệu là J. Thứ nguyên: 1 kg.m²/s². Đơn vị này lấy từ tên nhà vật lý học người Anh là James Prescott Joule.
James Prescott Joule [phiên âm: Giêm Pre-xcốt Jun], 24 tháng 12 năm 1818 – 11 tháng 10 năm 1889] là một nhà vật lý người Anh sinh tại Salford, Lancashire. Joule là người học về nhiệt và đã có công phát hiện ra mối liên hệ của nhiệt với công. Phát hiện này đã dẫn đến sự ra đời của định luật bảo toàn năng lượng, định luật đã tạo tiền đề cho sự phát triển của nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học. Đơn vị công joule, được đặt theo tên của ông. James Joule là người lập nên định luật Joule–Lenz, định luật về tính toán lượng nhiệt tỏa ra từ một đoạn dây với dòng điện chạy qua. Trích nguồn: Wikipedia
1 jun là năng lượng thực hiện khi có một lực 1 niutơn tác dụng lên vật thể làm vật thể và điểm đặt lực lên vật thể chuyển dời được 1 mét hoặc có thể định nghĩa là 1 giây thực hiện công với công suất 1 oát.
Công của lực ma sát
Ma sát là gì?
Trong vật lý học, ma sát là một loại lực cản xuất hiện giữa các bề mặt vật chất, chống lại xu hướng thay đổi vị trí tương đối giữa hai bề mặt. [Nói đơn giản là các lực cản trở chuyển động của một vật, tạo ra bởi những vật tiếp xúc với nó, được gọi là lực ma sát]
Lực ma sát là gì?
Lực ma sát làm chuyển hóa động năng của chuyển động tương đối giữa các bề mặt thành năng lượng ở dạng khác. Lực ma sát là lực cản trở chuyển động của vật này so với vật khác. Lực ma sát xuất hiện giữa bề mặt tiếp xúc của hai vật và phụ thuộc vào bề mặt tiếp xúc, độ lớn của áp lực, không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ của vật
Phân loại lực ma sát
Có ba loại lực ma sát là: ma sát trượt, ma sát nghỉ, ma sát lăn.
Ma sát trượt
- Ma sát trượt: xuất hiện khi hai vật thể trượt trên nhau.Lực ma sát trượt cản trở làm cho vật đó không trượt nữa. Ví dụ như đẩy một cái thước trên bàn học.
Ma sát nghỉ
- Ma sát nghỉ [hay còn được gọi là ma sát tĩnh] là lực xuất hiện giữa hai vật tiếp xúc mà vật này có xu hướng chuyển động so với vật còn lại nhưng vị trí tương đối của chúng chưa thay đổi.
- Ví dụ như, lực ma sát nghỉ ngăn cản một vật định trượt [chuẩn bị trượt nhưng vị trí tương đối vẫn chưa thay đổi nhiều – thay đổi ít] trên bề mặt nghiêng. Hệ số của ma sát nghỉ, thường được ký hiệu là μt, thường lớn hơn so với hệ số của ma sát trượt. Lực ban đầu làm cho vật chuyển động thường bị cản trở bởi ma sát nghỉ.
Ma sát lăn
- Ma sát lăn là lực ngăn cản lại sự lăn của một bánh xe hay các vật có dạng hình tròn trên mặt phẳng bởi sự biến dạng của vật thể và/ hoặc của bề mặt[có thể cũng không nhất thiết là có dạng hình tròn]
- Hệ số ma sát lăn thường có giá trị là 0,001
- Ví dụ điển hình nhất của lực ma sát lăn là sự di chuyển của bánh các loại xe cộ trên đường
Biểu thức tính lực ma sát
Fms = μ.N
Trong đó:
- Fms – độ lớn lực ma sát trượt “đơn vị N”
- μ – hệ số ma sát
- N – độ lớn phản lực “đơn vị N”
Biểu thức tính công của lực ma sát
Công của lực ma sát
[Dấu – thể hiện công do lực ma sát sinh ra công cản]
Trong đó:
- Fms là lực ma sát [đơn vị N]
- s là quãng đường vật di chuyển
Công của lực đàn hồi
Lực đàn hồi là gì?
Lực đàn hồi là lực sinh ra khi vật đàn hồi bị biến dạng. Lực đàn hồi có xu hướng chống lại nguyên nhân sinh ra nó. Tức là nó có xu hướng đưa vật trở lại trạng thái ban đầu khi chưa bị biến dạng. Chẳng hạn, lực gây ra bởi một lò xo khi nó bị nén lại hoặc kéo giãn ra.
Bạn có thể tìm hiểu chi tiết lực đàn hồi của lò xo qua bài viết: Định luật Hooke [Húc]
Biểu thức tính công của lực đàn hồi
Công của lực đàn hồi
Công của lực hấp dẫn
Bạn có thể tìm hiểu chi tiết về lực hấp dẫn qua bài viết: Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton
Công của lực hấp dẫn
Công của trọng lực
Bạn có thể tìm hiểu chi tiết về trọng lực qua bài viết về Định luật II Newton
Công của trọng lực
Nhận xét: Công của lực đàn hồi, lực hấp dẫn, trọng lực không phụ thuộc vào đường đi, chỉ phụ thuộc vị trí điểm đầu và cuối. Các lực đàn hồi, lực hấp dẫn, trọng lực gọi là những lực thế.
Công suất là gì?
Công và công suất có liên hệ gì, mời bạn tiếp tục theo dõi bài viết!
Định nghĩa về công suất
Khái niệm công suất:
Công suất là công sinh ra trong một đơn vị thời gian.
Ý nghĩa: Công suất đặc trưng cho khả năng sinh công của lực.
Biểu thức
P = A/t
Trong đó:
- P – là công suất
- A – là công cơ học thực hiện được
- t – là thời gian thực hiện công đó
Công suất trong chuyển động đều: thời gian Δt, khoảng cách ΔS, chuyển động với vận tốc v dưới tác dụng của lực F thì công suất được tính bằng:
Công suất trong chuyển động đều
- Nếu lực không cùng hướng với vận tốc thì: P = F.v.cosα
Công suất trong chuyển động quay: thời gian Δt, góc quay Δφ, vận tốc góc ω dưới tác dụng của mômen M thì công suất được tính bằng:
Công suất trong chuyển động quay
Công suất điện
- Nếu u và i không thay đổi theo thời gian, công suất P = U.I
- Trong điện xoay chiều thì công suất được chia làm 3 loại: công suất tiêu thụ P, công suất phản kháng Q, công suất toàn phần S. Với các mối quan hệ: P = U.I.cosφ và S² = P² + Q²
Tìm hiểu chi tiết về công suất điện, bạn vui lòng tham khảo: TẠI ĐÂY!
Đơn vị của công suất
- Đơn vị đo: oát [W] 1W = 1J/1s
- Đơn vị đo: mã lực [hP] 1hP = 736W
- Đổi đơn vị khác: 1kW = 10^3 W, 1MW = 10^6 W, 1GW = 10^9 W, 1 kWh = 3,6.10^6 J…
Định luật Jun Len xơ
Nếu đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R, công của lực điện chỉ làm tăng nội năng của vật dẫn. Kết quả là vật dẫn nóng lên và toả nhiệt. Kết hợp với định luật ôm ta có:
Công thức định luật Jun len xơ
Giải bài tập công và công suất
Dưới đây là 5 bài tập chuyên đề công và công suất, mời bạn cùng theo dõi!
Bài 1
Bài tập công và công suất: Một người kéo một cái thùng nặng 30kg trượt trên sàn nhà bằng một sợi dây có phương hợp với phương ngang một góc α = 45 độ, lực tác dụng lên dây là 150N. Tính công của lực đó khi hòm trượt được 15m? Và khi hòm trượt, công của trọng lực bằng bao nhiêu?
- Công của lực F là: A = F.s.cosα = 150.15.cos[45] = 1586,25 J.
- Vì trọng lực luôn vuông góc với mặt sàn nên công của trọng lực Ap = 0.
Bài 2
Bài tập công và công suất: Một xe tải có khối lượng 2,5T, bắt đầu chuyển động thẳng nhanh dần đều. Sau khi đi được quãng đường 144m thì xe đạt vận tốc 12m/s. Biết hệ số ma sát giữa xe và mặt đường là μ = 0,04, lấy g = 10m/s². a– Tính công của các lực tác dụng lên xe trên quãng đường 144m đầu tiên? b– Tính công suất của lực do động cơ xe hoạt động ở quãng đường nói trên? c– Hiệu suất hoạt động của động cơ xe tải?
a]
- Ap = An = 0
- Gia tốc của xe: a = v² / 2S = 0,5 m/s²
- Lực kéo của động cơ: F = m[a + μ.g] = 2250 N => AF = 3,24.10^5 J
- Lực ma sát: Fms = μmg => AFms = – 1,44.10^5 J
b]
- Từ công thức: v = v0 + at => t = v/a = 24s.
- Þ = A/t = 0,13.10^5 = 13.10^3 W
c]
- Hiệu suất hoạt động của xe tải: H = 100%.[AF – |AFms|] / AF
Bài 3
Bài tập công và công suất: Một ôtô có khối lượng 960kg đang chuyển động với vận tốc v = 36 km/h. Hỏi phải thực hiện một công là bao nhiêu để hãm xe dừng lại?
- Lực hãm xe: Fh = m.a
- a = [v²-vo²] / 2s = -vo² / 2s [vì xe dừng thì v = 0]
- Công hãm: Ah = Fh. S. cos180 = -48000J
Bài 4
Bài tập công và công suất: Một vật nhỏ khối lượng m trượt không vận tốc đầu từ một đỉnh dốc có chiều cao h. a– Xác định công của trọng lực trong quá trình vật trượt hết dốc. b– Tính công suất trung bình của trọng lực, biết góc nghiêng của mặt dốc là α [Bỏ qua mọi ma sát ]
a]
- Công của trọng lực: Ap = mgSsinα = mgh
b]
- Công suất trung bình Þ = A/t Với t = √[2S / a] = √[2S / g.sinα] = √[2h / g.sin²α]
- => Þ = A/t = mgh / √[2h / g.sin²α]
Bài 5
Bài tập công và công suất: Tính công cần thiết để kéo một vật có khối lượng m =100 kg từ chân lên đỉnh một mặt phẳng nghiêng dài 5m, nghiêng góc α = 300 so sới đường nằm ngang. Biết rằng lực kéo song song với mặt nghiêng và hệ số ma sát μ = 0,01 và lấy g = 10m/s². Xét trong các trường hợp sau: a– Vật chuyển động đều. b– Kéo nhanh dần đều trong 2s
Khi vật trượt lên dốc thì Pt của trọng lực và lực ma sát cản trở chuyển động, với:
- Pt = mgsinα = 500N
- Fms = μ N = μmg cosα = 8,66N
a]
- Khi vật chuyển động đều thì: Fk = Pt + Fms = 508,66N => A = 2540 J.
b]
- Khi vật chuyển động nhanh dần đều thì Fk – Pt – Fms = ma với a = 2S/t² = 2,5 m/s² => A = 3790 J
Kiến thức tham khảo
Bài viết liên quan: Định luật bảo toàn năng lượng
Bài viết tham khảo: Định luật Kirchhoff 1 + 2
Bài viết tham khảo: Định luật Ohm
Chuyên mục tham khảo: Vật lý học
Nếu các bạn có bất cứ thắc mắc vui lòng comment phía dưới hoặc Liên hệ chúng tôi!
Chúng tôi luôn sẵn sàng đem lại những giá trị tốt đẹp cho cộng đồng!
Youtobe Facebook Twitter