Bài 13: Công cơ học

A. Tóm tắt lý thuyết

1. Khi nào có công cơ học

Công cơ học xuất hiện khi có lực tác dụng và làm vật chuyển dời

2. Công cơ học phụ thuộc vào yếu tố nào?

Công cơ học phụ thuộc vào hai yếu tố: Lực tác dụng vào vật và quãng đường vật dịch chuyển

Lưu ý:

Trong các trường hợp có công có học, ta cần tìm ra lực nào đã thực hiện công đó.
Ví dụ: Trong trường hợp đầu tàu hỏa đang kéo các toa chuyển động thì lực thực hiện công là lực kéo của đầu tàu hỏa, hoặc trong trường hợp quả táo rơi từ trên cây xuống thì lực thực hiện công là trọng lực.

3. Công thức tính công

Công thức tính công:

A = F .S

Trong đó:

A: Công của Lực (J)
F: Lực tác dụng (N)
S: Quãng đường (m) 1 J= 1N. 1 m = 1Nm. Bội số của Jun là kilojun (kí hiệu là kJ), 1kJ = 1 000J.

Lưu ý:

Chỉ áp dụng cho trường hợp vật chuyển dời theo phương của lực, còn khi vật chuyển dời theo phương vuông góc với lực thì công của lực đó bằng 0.
Trọng lực có phương vuông góc với phương chuyển động khi đó không có công cơ học

4. Bài tập minh họa

Bài 1. Một quả dừa có trọng lượng 2kg rơi từ trên cây cách mặt đất 6m. Tính công của trọng lực.

Hướng dẫn giải:

Ta có: quả dừa có khối lượng 2kg nghĩa là lực hút của Trái Đất tác dụng lên nó là 20N.

Công của trọng lực là: ADCT

A = P.h = 20.6 = 120J.

Vậy công của trọng lực là: 120J

Bài 2. Một con ngựa kéo xe chuyển động đều với lực kéo là 600N. Trong 5 phút công thực hiện được là 360kJ. Tính vận tốc chuyển động của xe.

Hướng dẫn giải:

Quãng đường con ngựa kéo xe đi được là:

Ta có: A = F.s

Suy ra \[s=\frac{A}{F}=\frac{360000}{600}=600N\]

Vận tốc chuyển động của xe là

\[v=\frac{s}{t}=\frac{600}{300}=2m/s\]

Vậy vận tốc chuyển động của xe là 2 m/s.

B. Giải bài tạp trong sách giáo khoa

Giải bài tập 1 trang 46 SGK vật lý lớp 8: Quan sát các hiện tượng: Từ các trường hợp quan sát trên, em có thể cho biết khi nào thì có công cơ học nào?

Hướng dẫn giải:

Khi có lực tác dụng vào vật làm vật chuyển dời theo phương không vuông góc với phương của lực thì có công cơ học. Như vậy, cả hai trường hợp đều có công cơ học.

Giải bài tập 2 trang 46 SGK vật lý lớp 8: Tìm từ thích hợp cho các chỗ trống của kết luận sau: Chỉ có “công cơ học” khi có (1).................. tác dụng vào vật và làm cho vật (2)............... theo phương (3)....................... với phương của lực.

Hướng dẫn giải:

Chỉ có “công cơ học” khi có lực tác dụng vào vật và làm cho vật chuyển dời theo phương không vuông góc với phương của lực.

Giải bài tập 3 trang 47 SGK vật lý lớp 8: Trong những trường họp dưới đây, trường hợp nào có công cơ học?

1. Người thợ mó đang đẩy làm cho xe goòng chở than chuyển động.

2. Một học sinh đang ngồi học bài.

3. Một hòn bi đang chuyến động thẳng đều trên mặt sàn nằm ngang coi như tuyệt đối nhẵn.

4. Máy xúc đất đang làm việc.

5. Người lực sĩ đang nâng quả tạ từ thấp lên cao.

Hướng dẫn giải

Các trường hợp có công cơ học là:

- Người thợ mỏ đang đẩy làm cho xe goòng chở than chuyển động.

- Máy xúc đất đang làm việc.

- Người lực sĩ đang nâng quả tạ từ thấp lên cao.

Giải bài tập 4 trang 47 SGK vật lý lớp 8: Trong các trường hợp dưới đây, lực nào thực hiện công cơ học?

a) Đầu tàu hỏa đang kéo đoàn tàu chuyển động.

b) Quả bưởi rơi từ trên cây xuống.

c) Người công nhân dùng ròng rọc cố định kéo vật nặng lên cao (hình vẽ bên).

Hướng dẫn giải

1. Đầu tàu hỏa đang kéo đoàn tàu chuyển động: Lực kéo của đầu tàu thực hiện công.

2. Quả bưởi rơi từ trên cây xuống: Trọng lực thực hiện công.

3. Người công nhân dùng ròng rọc cố định kéo vật nặng lên cao: Lực kéo của người công nhân thực hiện công.

Giải bài tập 5 trang 48 SGK vật lý lớp 8: Đầu tàu hỏa kéo toa xe với lực F = 5000N làm toa xe đi được 1000m. Tính công của lực kéo của đầu tàu.

Hướng dẫn giải

Công của lực kéo là: A = F.s = 5000.1000 = 5000000J = 500kJ.

Giải bài tập 6 trang 48 SGK vật lý lớp 8: Một quả dừa có trọng lượng 2kg rơi từ trên cây cách mặt đất 6m. Tính công của trọng lực.

Hướng dẫn giải

Ta có: quả dừa có khôi lượng 2kg nghĩa là lực hút của Trái Đất tác dụng lên nó là 20N. Công của trọng lực là: A = P.h = 20.6 = 120J.

Giải bài tập 7 trang 48 SGK vật lý lớp 8: Tại sao không có công cơ học của trọng lực trong trường hợp hòn bi chuyến động trên mặt sàn nằm ngang?

Hướng dẫn giải

Trọng lực theo phương thẳng đứng luôn vuông góc với phương chuyển động của hòn bi nên không có công cơ học trong trường hợp đó.

C. GIẢI BÀI TẬP

B1. Một nhóm học sinh đẩy một xe chở đất đi từ A đến B trên một đoạn đường bằng phẳng nằm ngang. Đến B đố hết đất trên xe xuống rồi lại đẩy xe không đi theo đường cũ về A. So sánh công sinh ra ở lượt đi và lượt về. Câu trả lời nào dưới đây đúng?

A. Công ở lượt đi bằng công ở lượt về vì quãng đường đi được như nhau.

B. Công ở lượt đi lớn hơn vì lực kéo ở lượt đi lớn hơn lực kéo ở lượt về

C. Công ở lượt về lớn hơn vì xe không thì đi nhanh hơn.

D. Công ở lượt đi nhỏ hơn vì kéo xe nặng thì đi chậm hơn.

Hướng dẫn giải

Chọn câu B: Công ở lượt đi lớn hơn vì lực kéo ở lượt đi lớn hơn lực kéo ở lượt về.

B2. Một hòn bi sắt lăn trên mặt nhẵn nằm ngang. Coi như không có ma sát và sức cản của không khí. Trong trường hợp này có công nào được thực hiện không?

Hướng dẫn giải

Không. Vì theo phương chuyển động của hòn bi không có lực nào tác dụng.

Lưu ý là vào thời điểm hòn bi chuyển động chỉ có hai lực tác dụng vào nó là lực hút của Trái Đất và phản lực của mặt bàn. Plai lực này cân bằng nhau và đều vuông góc với phương chuyển động.

B3. Người ta dùng một cần cẩu để nâng một thùng hàng có khối lượng 2500kg lên độ cao 12m. Tính công thực hiện được trong trường hợp này.

Hướng dẫn giải

Thùng hàng có khối lượng là 2500kg nghĩa là nó có trọng lượng p = 25000N. Công thực hiện khi nâng thùng hàng lên độ cao 12m là: A = 25000N.12m = 300000J = 300kJ

B4. Một con ngựa kéo xe chuyển động đều với lực kéo là 600N. Trong 5 phút công thực hiện được là 360kJ. Tính vận tốc chuyển động của xe.

Hướng dẫn giải

Quàng đường con ngựa kéo xe đi được là:

Ta có: A = F.s Suy ra: s = A/F = 360000J/600N = 600m

Vận tốc chuyển động của xe là: v = s/t = 600m/300s = 2m/s

B5. Hơi nước có áp suất không đổi là p = 6.105N/m2 được dẫn qua van vào trong xilanh và đẩy pittông chuyển động từ vị trí AB đến vị trí A’B’ (hình bên). Thể tích xi lanh nằm giữa hai vị trí AB và A’B’ của pittông là V = 15dm3. Chứng minh rằng công của hơi sinh ra bằng tích của p và V. Tính công đó ra đơn vị J.

Hướng dẫn giải

Ta có: 15dm3 = 0,015m3

Lực hơi nước tác dụng lên pittông là F = p.s, trong đó s là diện tích bề mặt của pittông. Gọi h là quãng đường dịch chuyển của pittông thì thể tích của xilanh giữa hai vị trí AB và A’B’ của pittông là:

V = S.h =>F = p.F/h

Công của hơi sinh ra là: A = F.h = p. V .h/h = p.v.

Vậy A = p.V = 6.105.0,015 = 9000J.