Cơ năng của vật phụ thuộc vào vị trí của vật so với mặt đất , hoặc so với một vị trí khác được chọn làm mốc để tính độ cao, gọi là thế năng hấp dẫn. Vật có khối lượng càng lớn và ở càng cao thì thế năng hấp dẫn càng lớn.
3 Thế năng đàn hồi
Cơ năng của vật phụ thuộc vào độ biến dạng của vật gọi là thế năng đàn hồi. Độ biến dạng của vật càng nhiều thì thế năng đàn hồi của nó càng lớn.
4 Động năng
Cơ năng của vật có được khi nó chuyển động gọi là động năng.
Động năng của một vật phụ thuộc vào khối lượng và vận tốc chuyển động của nó. Vật có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì động năng của nó càng lớn.
Cơ năng = động năng + thế năng
5. Thường hiểu ngầm cơ năng được xét với vật làm mốc mặt đất.
II. Bài tập cơ bản
1 Một vật được ném thẳng đứng lên từ mặt đất. Hãy cho biết trong quá trình chuyển động cơ năng của vật ở những dạng nào? Chúng chuyển hóa như thế nào?
Hướng dẫn giải
Lúc vừa ném thẳng đứng lên từ mặt đất với vận tốc Vo vật có động năng Ed, thế năng bằng 0.
Trong quá trình chuyển động đi lên vận tốc giảm, động năng giảm, độ cao tăng nên thế năng tăng. Nên trong quá trình đó cơ năng ở hai dạng động năng và thế năng và chúng chuyển hóa lẫn nhau, nếu không có ma sát thì tổng động năng và thế năng không thay đổi.
2 Một cái quạt trần nặng 4kg, treo cách mặt đất 3m. Cho rằng thế năng của quạt có độ lớn bằng công tối thiểu để đưa quạt lên độ cao trên. Tính thế năng của quạt.
Hướng dẫn giải Tóm tắt đề:
Đề cho: m = 4kg; h = 3m Cần tìm: A
Lực nâng tối thiểu để đưa quạt lên đều là: F = P = 10.m = 10.4 = 40N Công tối thiểu để nâng quạt lên độ cao 3m: A = F.h = 40.3 = 120J Thế năng của quạt: Et = A = 120J
III. Giải bài tập A
● Quả nặng A đứng yên trên mặt đất (H.16.1a), không có khả năng sinh công.
C.1 Nếu đưa quả nặng lên một độ cao nào đó (H.16.1b) thì nó có cơ năng không? Tại sao?
● Có một lò xo được làm bằng thép uốn thành vòng tròn (H.16.2a). Lò xo bị nén lại nhờ buộc sợi dây, phía trên đặt một miếng gỗ (H.16.2b).
C.2 Lúc này lò xo có cơ năng. Bằng cách nào để biết đưọc lò xo có cơ năng?
● Cho quả cầu A bằng thép lăn từ vị trí (1) trên máng nghiêng xuống đập vào miếng gỗ (H.16.3)
C.3 Hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào?
C.4 Chứng minh rằng quả cầu A đang chuyển động có khả năng thực hiện công.
C.5 Từ kết quả thí nghiệm hãy tìm từ thích hợp cho chỗ trống của kết luận: Một vật chuyển động có khả năng ... tức là có cơ năng.
● Cho quả cầu A lăn trên máng nghiêng từ vị trí (2) cao hơn vị trí (1) (H.16.3) tới đập vào miếng gỗ B
C.6 Độ lớn vận tốc của quả cầu thay đổi thế nào so với thí nghiệm 1?
So sánh công của quả cầu A thực hiện lúc này với lúc trước. Từ đó suy ra động năng của quả cầu A phụ thuộc thế nào vào vận tốc của nó?
● Thay quả cầu A bằng quả cầu A’ có khối lượng lớn hơn và cho lăn trên máng nghiêng từ vị trí (2), đập vào miếng gỗ B
C.7 Hiện tượng xảy ra có gì khác so với thí nghiệm 2? So sánh công thực hiện được của hai quả cầu A và A’. Từ đó suy ra động năng của quả cầu còn phụ thuộc thế nào vào khối lượng của nó.
C.8 Các thí nghiệm trên cho thấy động năng phụ thuộc những yếu tố gì và phụ thuộc thế nào?
Chú ý: động năng và thế năng là hai dạng của cơ năng. Một vật có thể vừa có động năng vừa có thế năng. Cơ năng của vật lúc đó bằng tổng động năng và thế năng của nó.
C.9 Nêu ví dụ vật có cả động năng và thế năng.
C.10 Cơ năng của từng vật ở hình 16.4a, b, c thuộc dạng cơ năng nào?
Hướng dẫn giải
C.1 Quả nặng A chuyển động xuống phía dưới làm căng sợi dây. Sức căng của sợi dây làm thỏi gỗ B chuyển động, tức là thực hiện công. Như vậy quả nặng A khi đưa lên độ cao nào đó nó có khả năng sinh công, tức là có cơ năng.
C.2 Đốt cháy sợi dây, lò xo đẩy miếng gỗ lên cao tức là thực hiện công. Lò xo khi biến dạng (bị nén) có cơ năng.
C.3 Quả cầu A lăn xuống đập vào miếng gỗ B, làm miếng gỗ B chuyển động một đoạn.
C.4 Quả cầu A tác dụng vào miếng gỗ B một lực làm miếng gỗ B chuyển động, tức là thực hiện công.
C.5 ... sinh công (thực hiện công) ...
C.6 So với thí nghiệm 1, lần này miếng gỗ B chuyển động được đoạn dài hơn.
Như vậy khả năng thực hiện công của quả cầu A lần này lớn hơn lần trước. Quả cầu A lăn từ vị trí cao hơn nên vận tốc của nó khi đập vào miếng gỗ B lớn hơn trước. Qua TN có thể rút ra kết luận: động năng của quả cầu A phụ thuộc vào vận tốc của nó. Vận tốc càng lớn thì động năng càng lớn.
C.7 Miếng gỗ B chuyển động được đoạn đường dài hơn, như vậy công của quả cầu A’ thực hiện đưọc lớn hơn công của quả cầu còn phụ thuộc vào
khối lượng của nó. Khối lượng của vật càng lớn thì động năng của vật càng lớn.
C.8 Động năng của vật phụ thuộc vận tốc và khối lượng của nó.
C.9 Ví dụ vật vừa có cả động năng và thế năng: vật đang chuyển động trong không trung, con lắc lò xo dao động....
C.10 a) Thế năng b) Động năng c) Thế năng B
16.1 Trong các vật sau đây, vật nào không có thế năng?
A. Viên đạn đang bay
B. Lò xo để tự nhiên ở một độ cao so với mặt đất C. Hòn bi đang lăn trên mặt đất
D. Lò xo bị ép đặt ngay trên mặt đất
16.2* Ngân và Hằng quan sát một khách ngồi trong một toa tàu đang chuyển động:
Ngân nói: “Người hành khách có động năng vì đang chuyển động”.
Hằng phản đối: “Người hành khách không có động năng vì đang ngồi yên trên tàu”.
Hỏi ai đúng, ai sai. Tại sao?
16.3 Mũi tên được bắn đi từ cái cung là nhờ năng lượng của mũi tên hay của cánh cung? Đó là dạng năng lượng nào?
16.4 Búa đập vào đinh làm đinh ngập sâu vào gỗ. Đinh ngập sâu vào gỗ là nhờ năng lượng nào? Đó là dạng năng lượng gì?
16.5 Muốn đồng hồ chạy, hàng ngày ta phải lên dây cót cho nó. Đồng hồ hoạt động suốt một ngày nhờ dạng năng lượng nào?
Hướng dẫn giải
16.1 Câu C
16.2 Ngân nói đúng, nếu lấy cây bên đường làm mốc chuyển động.
Hằng nói đúng, nếu lấy toa tàu làm mốc chuyển động.
16.3 Của cánh cung. Đó là thế năng.
16.4 Nhờ năng lượng của búA Đó là động năng.
16.5 Nhờ thế năng của dây cót.
IV. Bài luyện tập
1 Vật nào sau đây không có cơ năng?
A. Viên đạn đang bay
B. Vật gắn vào lò xo đang bị nén C. Hòn bi đang lăn
D. Viên gạch đặt trên mặt đất
2 Trong các vật sau, vật nào không có động năng?
A. Hòn bi lăn trên sàn nhà B. Hòn bi nằm trên sàn nhà
C. Viên đạn đang bay đến mục tiêu.
D. Viên đạn trong nòng súng
3 Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về cơ năng?
A. Cơ năng phụ thuộc vào vị trí của vật so với mặt đất gọi là thế năng hấp dẫn B. Cơ năng của vật do chuyển động mà có gọi là động năng
C. Cơ năng phụ thuộc vào độ biến dạng của vật gọi là thế năng đàn hồi D. Các phát biểu A, B, C đều đúng
4 Trong các vật sau, vật nào không có động năng?
A. Viên đạn đang bay
B. Thuyền đang được chèo đi trên mặt hồ
C. Lò xo bị ép đặt ngay trên mặt đất không có động năng mà chỉ có thế năng D. Hòn bi đang lăn trên mặt đất nằm ngang
5 Điền từ thích hợp vào chỗ trống:
Thế năng mà vật có được khi nó ở một độ cao nào đó so với mặt đất gọi là... Thế năng mà vật có khi nó bị biến dạng gọi là ...
A. Thế năng đàn hồi B. Thế năng hấp dẫn.
C. Thế năng tĩnh điện
D. Nội năng
6 Trường hợp nào sau đây vật vừa có động năng vừa có thế năng.
A. Một ôtô đang dừng trên đỉnh đèo B. Ôtô đang chạy trên đường nằm ngang C. Bè gỗ trôi từ thượng nguồn về hạ lưu D. Thuyền buồm đang chạy trên biển 7 Trường hợp nào sau đây vật chỉ có thế năng?
A. Một vật nặng đang rơi xuống từ trên cao B. Một viên phấn được ném ngang
C. Một viên bi đang lăn trên một mặt phẳng nghiêng D. Lò xo được nén và giữ chặt
8 Một vật có thế năng 3000J và có cơ năng là 5000J. Tính động năng của vật đó.
9 Búa đập vào đinh làm đinh ngập sâu vào gỗ. Đinh ngập sâu vào gỗ là nhờ năng lượng nào? Đó là dạng năng lượng nào?