1. Công cơ học
a, Định nghĩa
- Công cơ học là công của lực tác dụng vào vật và làm cho vật chuyển dời.
- Công thức tính công cơ học: A = F.s
- Trong đó: F là lực tác dụng lên vật [N]
s là quãng đường dịch chuyển của vật [m]
- Đơn vị hợp pháp của công cơ học là Jun [ kí hiệu J ] : 1J = 1N.1m = 1N.m
b, Định luật về công
- Không một máy cơ đơn giản nào cho lợi về công, được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.
c, Hiệu suất của máy
Trong thực tế, ở các máy cơ đơn giản bao giờ cũng có ma sát, do đó công thực hiện phải dùng để thắng được lực ma sát và nâng vật lên. Công này gọi là công toàn phần [Atp], công nâng vật lên là công có ích [Ai]. Công để thắng lực ma sát là công hao phí [Ahp].
Atp = Ai + Ahp
- Hiệu suất của máy: H = $\frac{A_{i}}{A_{tp}}$.100%
2. Công suất
- Công suất là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh công, được xác định bằng công thực hiện được trong một đơn vị thời gian.
- Công thức: P = $\frac{A}{t}$
- Trong đó: A là công thực hiện được
t là thời gian thực hiện công đó
- Đơn vị công suất là Oát [ kí hiệu W ]
1W = 1J/s [Jun trên giây]
1kW = 1000W ; 1MW = 1000000W.
3. Cơ năng
- Khi một vật có khả năng thực hiện công cơ học thì vật có cơ năng. Cơ năng của vật bao gồm động năng và thế năng.
- Thế năng hấp dẫn của một vật là một dạng cơ năng, phụ thuộc vào vị trí của vật đối với mặt đất.
- Thế năng đàn hồi của vật là một dạng cơ năng, phụ thuộc vào độ biến dạng đàn hồi của vật.
- Động năng của vật là dạng cơ năng do chuyển động mà có.
II. Phương pháp giải
1. Dạng 1: Tính công cơ học
- Áp dụng công thức: A = F.s
- Trong đó: F là lực tác dụng lên vật [N]
s là quãng đường dịch chuyển của vật [m]
* Chú ý:
- Công thức trên chỉ sử dụng khi hướng của lực trùng với hướng chuyển động của vật.
- Khi hướng của lực ngược với hướng chuyển động thì: A = -F.s
- Khi hướng của lực vuông góc với hướng chuyển động thì: A = 0
Ví dụ 1: Một đầu máy xe lửa kéo các toa xe bằng lực F = 6000N. Tính công của lực kéo khi các toa xe chuyển động được quãng đường s = 4km.
Hướng dẫn:
s = 4km = 4000m
Công của lực kéo: A = F.s = 6000.4000 = 24.10$^{6}$ [J]
2. Dạng 2: Tính công suất
- Áp dụng công thức: P = $\frac{A}{t}$
- Trong đó: A là công thực hiện được, t là thời gian thực hiện công đó.
- Lưu ý: Trong trường hợp đề bài cho lực đẩy trung bình và vận tốc chuyển động của vạt thì công suất được tính: P = $\frac{A}{t}$ = $\frac{F.s}{t}$ = F.v
Ví dụ 2: Một máy bay trực thăng khi cất cánh, động cơ tạo ra một lực chuyển động 6400N, sau 1 phút máy bay đạt được độ cao 800m. Tính công suất của động cơ máy bay.
Hướng dẫn:
1 phút = 60 s
Công của động cơ máy bay là:
A = F.s = 6400.800 = 512.10$^{4}$ [J]
Công suất của động cơ máy bay là:
P = $\frac{A}{t}$ = $\frac{512.10^{4}}{60}$ = 85333 [W]
3. Dạng 3: Vận dụng định luật bảo toàn công
- Ròng rọc cố định: Chỉ có tác dụng đổi hướng của lực, không lợi về lực cũng không lợi về đường đi, tức là không cho lợi về công.
- Ròng rọc động: Lợi 2 lần về lực, thiệt 2 lần về đường đi, không cho lợi về công.
- Mặt phẳng nghiêng: Lợi về lực, thiệt về đường đi, không cho lợi về công.
- Đòn bẩy: Lợi về lực, thiệt về đường đi, hoặc ngược lại, không cho lợi về công.
4. Dạng 4: Tính hiệu suất
Áp dụng công thức:
- Atp =Ai + Ahp
- Hiệu suất máy: H = $\frac{A_{i}}{A_{tp}}$.100%
Ví dụ 3: Người ta cần đưa 20m3. nước cất lên độ cao 5m. Biết hiệu suất của máy bơm là 80% và khối lượng riêng của nước là 1000kg/m3. Tính công của máy bơm sinh ra.
Hướng dẫn:
Công cần thực hiện: Ai = F.s = 10ms = 10VDs = 10.20.1000.5 = 10$^{6}$ [J]
Do H = 80%, nên công thực tế mà máy bơm sinh ra là:
Atp = $\frac{A_{i}}{H}$ = $\frac{10^{6}}{0,8}$ = 1,25.10$^{6}$ [J]
B. Bài tập và hướng dẫn giải
Bài 1: Một người dùng búa tác dụng một lực 450N vào một cái đinh, làm đinh cắm sâu vào gỗ 0,8cm. Nếu người đó tác dụng một lực 430N, thì phỉa đóng hai lần đinh mới cắm sâu vào gỗ 0,8cm. Đóng đinh bằng cách nào thì ít tốn công hơn.
=> Xem hướng dẫn giải
Bài 2: Một vận động viên bơi lội tác dụng một lực đẩy hướng ra phía sau theo phương ngang có độ lớn trung bình 70N. Chiều dài mỗi sải tay bơi của anh là 1,65m. Tính công của vận động viên và công suất của cánh tay anh ta nếu anh ta đập tay 100 lần/phút.
Bài 3: Một xe chuyển động đều, lực kéo của động cơ là 1200N. Trong 1 phút công sản ra là 450000J. Tính vận tốc chuyển động của xe.
=> Xem hướng dẫn giải
Bài 4: Hai ròng rọc động R1 và R2 và một ròng rọc cố định R3 được nối với nhau như hình vẽ. Một vật có khối lượng m = 80kg được treo vào ròng rọc R1. Khối lượng của các ròng rọc nhỏ không đáng kể.
a, Lực kéo F phải bằng bao nhiêu để vật nặng được kéo lên với tốc độ không đổi?
b, Muốn nâng vật nặng lên 3m thì lực F phải kéo dây thừng xuống một đoạn dài bao nhiêu?
=> Xem hướng dẫn giải
Bài 5: Người ta kéo vật khối lượng m = 24kg lên một mặt phẳng nghiêng có chiều dài s = 15m và độ cao h = 1,8m. Lực cản do ma sát trên đường là Fc = 36N.
a, Tính công của người kéo. Coi vật chuyển động đều.
b, Tính hiệu suất của mặt phẳng nghiêng
=> Xem hướng dẫn giải
Từ khóa tìm kiếm: chuyên đề vật lý lớp 8, các dạng bài tập vật lý 8, chuyên đề lý 8 Công cơ học và cơ năng, bài tập vật lý 8 phần cơ học
CÚNG CO HỌC k A. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM Khi nào có công cơ học ? Thuật ngữ công cơ học chỉ dùng trong trường hợp có lực tác dụng vào vật làm vật chuyển dời. Công cơ học phụ thuộc vào những yếu tô nào ? Công cơ học phụ thuộc hai yếu tô': Lực tác dụng vào vật và quãng đường vật dịch chuyển. Lưu ỷ : Trong các trường hợp có công cơ học, ta cần tìm ra lực nào đã thực hiện công đó. Ví dụ : Trong trường hợp đầu tàu hoả đang kéo các toa tàu chuyển động thì lực thực hiện công là lực kéo của đầu tàu hoả, hoặc trong trường hợp quả táo rơi từ trên cây xuống thì thì lực thực thực hiện công là trọng lực. Công thức tính công : Công thức tính công cơ học khi lực F làm dịch chuyển một quăng đường s theo phương của lực : A = F.S. Đơn vị của công là Jun, [kí hiệu là J]. 1 J = 1 N.l m = 1 Nm. Bội số của Jun là kilộịun [kí hiệu là kJ], 1 kJ = 1 000 J. Lưu ỷ : Công thức trên 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. B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRONG SGK VÀ SBT Cl. Khi có lực tác dụng vào vật và làm vật chuyển dời. C2. [1] lực, [2] chuyển dời. C3. a] Người thợ mỏ đang đẩy cho xe goòng chở than chuyển động. Máy xúc đất đang làm việc. Người lực sĩ đang nâng quả tạ từ thấp lên cao [có lực tác dụng vào vật và vật có chuyển dời]. C4. a] Lực kéo của đầu tàu hoả. Lực hút của Trái Đất [trọng lực], làm quả bưởi rơi xuống. Lực kéo của người công nhân. C5. A = F.S = 5 000.1 000 = 5 000 000 J = 5 000 kJ. C6. A = F.S = 20.6 = 120 J. C7*. Trọng lực có phương thẳng đứng, vuông góc với phương chuyển động của vật, nên không có công cơ học của trọng lực. 13.1. B. Không có công nào thực hiện, vì theo phương chuyển động của hòn bi không có lực nào tác dụng. Tác dụng vào hòn bi lúc này có hai lực : lực hút của Trái Đất và phản lực của mặt bàn lên hòn bi. Hai lực này cân bằng nhau và đều vuông góc với phương chuyển động. Thùng hàng có khối lượng là 2 500 kg nên có trọng lượng là p = 25 000 N. Công thực hiện khi nâng thùng hàng lên độ cao 12 m là : A = 25 000.12 = 300 000 J = 300 kJ Quãng đường xe đi được do lực kéo của con ngựa : A 360000 s = = —----- - = 600 m F 600 Vận tốc chuyển động của xe là : s 600 - , V = - = —- = 2 m/s t 300 13.5*. Lực hơi nước tác dụng lên pit-tông là F .= p.s, trong đó s là diện tích của mặt pit-tông. Gọi h là quãng đường dịch chuyển của pit-tông thì thể tích của xilanh giữa hai vị trí AB và A'B' của pit-tông là : V = s.h. V Vậy: h =-^-. s V Do đó công của hơi nước đẩy pit-tông là : A = F.h = p.s. — = p.v với p = 600 000 N/m2, V = 15 dm3 = 0,015 m3 Ta có công là : A = p.v = 600 000.0,015 = 9 000 J. 13.6. A. 13.7. A. 13.8. B. Lực nâng búa máy bằng trọng lượng của búa : F N = p = 200 000 N. Công của lực nâng là : A = FN.S = 200 000.0,120 = 240 000 J. Công của lực nâng người lên độ cao 1 km là : p.s = 500.1 000 = 500 000 J Công của người khi đi đều trên đường nằm ngang là : 0,05.500 000 = 25 000 J Công tổng cộng đầu tàu sinh ra trong cả đoạn đường từ A đến c là : A AC = A-ab + AgC = F .AB + F.BC = F[Vj.ti + v2.t2] = 40 000[7 500 + 10 000] = 700 000 000 J Gọi trọng lượng của người đó ở trên Trái Đất là p. Trọng lượng của người đó và bộ áo giáp trên Mặt Trăng là pDo đó : Khi nhà du hành Vũ trụ nhảy trên mặt đất: A = p.h [1] Khi nhà du hành Vũ trụ nhảy trên Mặt Trăng : A' - p' .h' = p.h' [2] Từ [1> và [2] ta suy ra: h'=ịịh = ịị.2,1 =0,78 m. 30 30 c. BÀI TẬP BỔ SUNG 13a. Một vật có khối lượng m = 5 kg rơi từ độ cao h = 3 m xuống đất. Hỏi lực nào đã thực hiện công làm vật rơi ? Tính công của lực trong trường hợp này. Bỏ qua sức cản của không khí. 13b. Một ôtô chạy trên đoạn đường s = 7 km, lực cản trung bình của chuyển động là 90 N. Hãy tính công của lực kéo của động cơ ôtô trên quãng đường đó. Coi chuyển động của ôtô là đều. 13b. Một thang máy có khối lượng m = 600 kg, được kéo từ đáy hầm mỏ sâu 150 m lên mặt đất bằng lực căng của một dây cáp. Tính công nhỏ nhất của lực căng để thực hiện việc đó.