Công cơ học là gì? Định nghĩa, công thức và ví dụ
Chào mừng đến với vatly.edu.vn, nơi chúng ta khám phá công cơ học – một khái niệm không thể thiếu trong thế giới vật lý. Công cơ học, một phép đo của năng lượng được chuyển giao thông qua lực và di chuyển, là nền tảng cho hiểu biết về cách thức thế giới tự nhiên hoạt động.
Hãy cùng chúng tôi đi sâu vào bản chất của công cơ học, từ định nghĩa cơ bản đến các ứng dụng phức tạp trong thực tiễn, và mở rộng cánh cửa kiến thức vật lý của bạn.
Khái niệm về công cơ học
Công cơ học là đại lượng đo lường tác dụng của lực làm vật chuyển động.
Điều kiện để có công cơ học:
- Có lực tác dụng lên vật.
- Vật phải di chuyển.
- Phương của lực và phương của chuyển dời phải có ít nhất một phần trùng nhau.
Ví dụ:
- Người ta dùng ròng rọc để kéo vật nặng lên cao.
- Dùng cần cẩu để nâng container.
- Dùng máy xúc để đào đất.
- Dùng quạt để làm mát.
- Dùng máy giặt để giặt quần áo.
Công thức tính công cơ học
A = F.s.cosα
- A là công cơ học (J)
- F là độ lớn của lực tác dụng (N)
- s là độ lớn của quãng đường di chuyển (m)
- α là góc giữa phương của lực và phương của chuyển dời
Đơn vị của công:
- Đơn vị SI của công là Jun (J)
- 1 J = 1 N.m
Ví dụ: Một người đẩy một chiếc xe đi được 10m với lực đẩy 50N. Công của người đó thực hiện là: A = F.s = 50.10 = 500 J
Ý nghĩa vật lý của các giá trị trong công cơ học
Công dương: Khi công dương, lực tác dụng và độ dịch chuyển của vật cùng hướng. Lực thực hiện công làm tăng năng lượng của vật. Ví dụ: Nâng vật lên cao hoặc kéo vật chuyển động theo phương của lực.
Công âm Khi công âm, lực tác dụng và độ dịch chuyển của vật ngược hướng. Lực thực hiện công làm giảm năng lượng của vật. Ví dụ: Hạ vật xuống thấp hoặc kéo vật chuyển động ngược phương của lực.
Công bằng 0: Khi công bằng 0, lực tác dụng và độ dịch chuyển của vật vuông góc với nhau. Lực thực hiện công không làm thay đổi năng lượng của vật. Ví dụ: đẩy vật trượt trên mặt phẳng nằm ngang hay giữ vật đứng yên.
Giá trị tuyệt đối của công: Giá trị tuyệt đối của công cho biết độ lớn của công thực hiện, không phụ thuộc vào công dương hay công âm. Dùng để so sánh công thực hiện của các lực khác nhau.
Bài tập ứng dụng về công cơ học có đáp án
Câu hỏi trắc nghiệm
Câu 1: Một vật có khối lượng 10kg được kéo lên độ cao 5m. Công của lực kéo là bao nhiêu?
A. 50J
B. 100J
C. 250J
D. 500J
Đáp án: D.
Câu 2: Một người đi xe đạp đi được 10km. Lực tác dụng lên xe là 20N. Công của lực tác dụng lên xe là bao nhiêu?
A. 200J
B. 2000J
C. 20000J
D. 200000J
Đáp án: C.
Câu 3: Một vật có khối lượng 5kg được thả rơi từ độ cao 10m. Công của trọng lực tác dụng lên vật là bao nhiêu?
A. 250J
B. 500J
C. 750
D. 1000J
Đáp án: A.
Câu 4: Một lò xo có độ cứng 100N/m được nén 10cm. Công của lực đàn hồi là bao nhiêu?
A. 5J
B. 10J
C. 15J
D. 20J
Đáp án: B.
Câu 5: Một con ngựa kéo một chiếc xe đi được 100m với lực kéo 100N. Công của con ngựa là bao nhiêu?
A. 1000J
B. 10000J
C. 100000J
D. 1000000J
Đáp án: B.
Câu 6: Một học sinh nâng một vật có khối lượng 10kg lên cao 2m. Công của học sinh là bao nhiêu?
A. 20J
B. 40J
C. 60J
D. 80J
Đáp án: D.
Câu 7: Một người đi xe máy đi được 20km với vận tốc 5m/s. Công suất của người đi xe máy là bao nhiêu?
A. 100W
B. 200W
C. 300W
D. 400W
Đáp án: C.
Câu 8: Một máy kéo có công suất 1000W kéo một vật đi được 100m trong 10 giây. Lực kéo của máy kéo là bao nhiêu?
A. 100N
B. 200N
C. 300N
D. 400N
Đáp án: B.
Câu 9: Một máy bơm có công suất 1200W bơm nước lên cao 10m trong 2 phút. Hiệu suất của máy bơm là bao nhiêu?
A. 50%
B. 60%
C. 70%
D. 80%
Đáp án: C
Câu 10: Một động cơ có công suất 1500W làm việc trong 1 giờ. Điện năng tiêu thụ của động cơ là bao nhiêu?
A. 5400000J
B. 540000J
C. 54000J
D. 5400J
Đáp án: A.
Bài tập tự luận
Bài tập 1: Một người dùng lực 50N để kéo một vật nặng 20kg lên cao 2m. Tính công của người đó.
Lời giải:
- Công của người đó là:
A = F.s = 50N.2m = 100J
Đáp án: 100J
Bài tập 2: Một con ngựa kéo một chiếc xe đi trên đường nằm ngang với lực kéo 200N. Trong 5 phút, xe đi được 1km. Tính công của con ngựa.
Lời giải:
- Đổi 1km = 1000m; 5 phút = 300s
- Công của con ngựa là:
A = F.s = 200N.1000m = 200000J
Đáp án: 200000J
Bài tập 3: Một cần cẩu nâng một vật nặng 1000kg lên cao 5m. Hiệu suất của cần cẩu là 80%. Tính công mà cần cẩu đã thực hiện.
Lời giải:
Trọng lượng của vật là: P = m.g = 1000kg.10m/s2 = 10000N
Công có ích của cần cẩu là: A1 = P.h = 10000N.5m = 50000J
Công toàn phần của cần cẩu là: A = A1/H = 50000J/80% = 62500J
Đáp án: 62500J
Dạng 3: So sánh công
Bài tập 4: Một người dùng lực 50N để kéo một vật nặng 20kg lên cao 2m. Một người khác dùng lực 100N để kéo vật đó lên cao 1m. So sánh công của hai người.
Lời giải:
Công của người thứ nhất là: A1 = F1.s1 = 50N.2m = 100J
Công của người thứ hai là: A2 = F2.s2 = 100N.1m = 100J
Ta thấy A1 = A2
Đáp án: Công của hai người bằng nhau.
Bài tập 5: Một học sinh A dùng lực 10N để đẩy một chiếc xe đi được 10m. Một học sinh B dùng lực 20N để đẩy chiếc xe đó đi được 5m. So sánh công của hai học sinh.
Lời giải:
Công của học sinh A là: A1 = F1.s1 = 10N.10m = 100J
Công của học sinh B là: A2 = F2.s2 = 20N.5m = 100J
Ta thấy A1 = A2
Đáp án: Công của hai học sinh bằng nhau.
Như vậy, chúng tôi đã cùng nhau khám phá và hiểu sâu hơn về công cơ học tại vatly.edu.vn. Khái niệm này không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ về sự chuyển đổi năng lượng trong vật lý mà còn mở ra những khả năng ứng dụng không giới hạn trong công nghệ và cuộc sống hàng ngày.
Hy vọng rằng, thông qua bài viết này, bạn đã có thêm nhiều kiến thức bổ ích và sẵn sàng áp dụng vào những tình huống thực tế, từ đơn giản đến phức tạp. Hãy tiếp tục theo dõi và khám phá thêm nhiều bài viết giá trị khác tại vatly.edu.vn, nơi kiến thức vật lý được chia sẻ mỗi ngày.
