Công cơ học là kiến thức vật lý được vận dụng xuyên suốt trong quá trình học vật lý. Chính vì vậy, các bạn học sinh cần nắm được công là gì, công phụ thuộc vào yếu tố nào và công thức tính công thì mới có thể làm được bài tập. Tất cả đã được Hyundai Smart Phone tổng hợp chi tiết trong bài viết này
Công cơ học là gì?
Công cơ học là công của lực (khi một vật tác dụng lực và lực này sinh công thì ta có thể nói công đó là công của vật). Công cơ học thường được gọi tắt là công.
Ví dụ: Một đầu tàu hỏa kéo các toa tàu chuyển động, ta nói lực kéo của đầu tàu thực hiện công cơ học, hay đầu tàu thực hiện công cơ học.
Ký hiệu của công là A. Đơn vị của công là Jun, kí hiệu là J.
- 1 J = 1N.1m = 1N.m
Bội số của Jun là kilojun (kí hiệu là kJ), 1kJ = 1000J
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
- Lực tác dụng càng lớn thì công càng lớn và ngược lại.
- Quãng đường dịch chuyển càng dài thì công càng lớn và ngược lại.
Lưu ý: Trong các trường hợp có công có học, ta cần tìm ra lực nào đã thực hiện công đó.
Công thức tính công
A = F.s
Trong đó:
- A là công của lực F (J)
- F là lực tác dụng vào vật (N)
- s quãng đường vật dịch chuyển (m)
Lưu ý:
- Công thức tính công chỉ áp dụng cho trường hợp vật chuyển dời theo phương của lực. Trường hợp 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 của vật khi đó không có công cơ học.
Tham khảo thêm:
- Thế năng là gì? Công thức tính thế năng và bài tập có đáp án chính xác 100%
- Công thức tính công suất và các dạng bài tập có lời giải từ A – Z
- Trọng lượng là gì ? Công thức tính trọng lượng kèm bài tập có lời giải
Bài tập áp dụng công thức tính công thường gặp có lời giải
Ví dụ 1: Lực kéo của động cơ ô tô là 200N, công của lực kéo này khi làm ô tô dịch chuyển 100m là bao nhiêu?
Lời giải:
Áp dụng công thức tính công ta có:
A = F.s = 200.100 = 20 000 J
Ví dụ 2: Một người thợ xây đưa xô vừa có khối lượng 15kg lên độ cao 5m trong thời gian 20 giây bằng ròng rọc động. Tính công mà người đó thực hiện được.
Lời giải
Lực F mà người đó thực hiện là:
F = 10m = 10.15 = 150 (N)
Công mà người đó thực hiện là:
A = P.h = 150.5 = 750(J)
Ví dụ 3: Một người kéo một gáo múc nước từ giếng sâu 10m. Công tối thiểu của người đó phải thực hiện là bao nhiêu? Biết gáo nước có khối lượng là 0,5 Kg và đựng thêm 10 lít nước, khối lượng riêng của nước là 1000kg/m3.
Lời giải
Thể tích của nước: V = 10 lít = 0,01 m3
Khối lượng của nước:
mn = V.D = 0,01 . 1000 = 10 (Kg)
Lực tối thiểu để kéo gàu nước lên là: F = P
Hay: F = 10(mn+ mg) = 10(10 + 0,5) = 105 (N)
Công tối thiểu của người đó phải thực hiện:
A = F.S = 105. 10 = 1050 (J)
Ví dụ 4: Một nhóm học sinh đẩy một xe chở đất từ A đến B trên đoạn đường nằm ngang, tới B đổ hết đất rồi đẩy xe không theo đường cũ trở về A. So sánh công sinh ra ở lượt đi và lượt về.
Lời giải
Công cơ học được tính bởi công thức: A=Fs
⇒ Công cơ học tỉ lệ thuận với lực F
Trong trường hợp trên, ta thấy khi đẩy xe đất từ A đến B có lực đẩy lớn hơn khi đẩy xe không từ B về đến A
⇒ Công ở lượt đi lớn hơn vì lực đẩy lượt đi lớn hơn lượt về
Ví dụ 5: Một thang máy có khối lượng m = 550 kg chất trong đó một thùng hàng nặng 350 kg. Người ta kéo thang máy từ đáy hầm mỏ sâu 65 m lên mặt đất bằng lực căng của một dây cáp. Công nhỏ nhất của lực căng để thực hiện việc đó là bao nhiêu?
Lời giải
Tổng khối lượng của cả thang máy và thùng hàng là:
P = P1 + P2 = 10.m1 + 10.m2 = 10.550 + 10.350 = 9000 (N)
Công của lực căng dây để thực hiện việc kéo thang máy có thùng hàng đó lên mặt đất là:
A = F.s = P.h = 9000 . 65 = 585000 (J) = 585 kJ
Vậy công nhỏ nhất để thục hiện việc đó là 585 kJ
Ví dụ 6: Người ta kéo một cái thùng nặng 20 kg trượt trên sàn nhà bằng một dây hợp với phương nằm ngang một góc 60°, lực tác dụng lên dây là 300N.
a. Tính công của lực đó khi thùng trượt được 10 m.
b. Khi thùng trượt, công của trọng lực bằng bao nhiêu?
Lời giải:
a) Công của lực F kéo thùng đi được 10 m là:
A = F.s.cosα = 300.10.cos60° = 1500 J
b) Vì trong quá trình vật chuyển động, trọng lực luôn vuông góc với phương chuyển động nên công của trọng lực bằng 0.
Ví dụ 7: Một xe tải khối lượng 2,5 tấn, bắt đầu chuyển động nhanh dần đều sau khi đi được quãng đường 144 m thì vận tốc đạt được 12 m/s. Hệ số ma sát giữa xe và mặt đường là μ = 0,04. Tính công của các lực tác dụng lên xe trên quãng đường 144m đầu tiên. Lấy g = 10 m/s2.
Lời giải:
Gia tốc của xe là:
v2 – 0 = 2as ⇔ a = v2/2s = 0,5 m/s2
Các lực tác dụng lên xe bao gồm: N→, P→, Fk→, Fms→
Theo định luật II Newwton, ta có:
N→ + P→ + Fk→ + Fms→ = m a
Chiếu lên Oy: N – P = 0
Chiếu lên Ox: Fk – Fms = m.a
Độ lớn của lực ma sát là: Fms = μmg = 1000 N.
Độ lớn của lực kéo là: Fk – Fms = ma ⇔ Fk = ma + Fms = 2250 N.
Vậy:
Công của lực ma sát: Ams = Fms.s = 1,44.105 J.
Công của lực kéo: Ak= Fk.s = 3,24.105 J.
Công của trọng lực và áp lực: AP = AN = 0.
Ví dụ 8: Một vật nặng 2kg rơi từ độ cao 6m xuống đất.
a. Tính công do trọng lực thực hiện.
b. Công này bằng công rơi vật nặng 5kg từ độ cao bao nhiêu m?
Hướng dẫn giải chi tiết bài tập
Trọng lực của vật P = 10.2 = 20 N
Công do trọng lực thực hiện:
A = P.h = 20.6 = 120 J
Trọng lượng của vật nặng 5kg
P’ = 10.5 = 50 N
Vậy với công A trên vật 5kg rơi từ độ cao:
h’ = A : P’ = 120 : 50 = 2,4 m
Ví dụ 9: Hơi nước có áp suất không đổi là p = 6.105 N/m2 được dẫn qua van vào trong xilanh và đẩy pit-tông chuyển động từ vị trí AB đến vị trí A’B’ (H.13.1). Thể tích của xilanh nằm giữa hai vị trí AB và A’B’ của pít – tông là V = 15dm3. Chứng minh rằng công của hơi nước sinh ra bằng thể tích của p và V. Tính công đó ra J.
Lời giải
Ta có: V = 15 dm3 = 0,015 m3
Lực hơi nước tác dụng lên pit-tông là F = p.S
(trong đó S là diện tích bề mặt của pit – tông).
Gọi h là quãng đường dịch chuyển của pit – tông thì thể tích của xi –lanh giữa hai vị trí AB và A’B’ của pittông là:
V = S.h
⇒ F = p. V/h
Công của hơi sinh ra là:
A = F.h = p.(V/h).h = p x V
Vậy A = p.V = 6.105.0,015 = 9000 J.
Sau khi đọc xong bài viết của chúng tôi có thể giúp các bạn nhớ được công thức tính công để vận dụng vào làm bài tập nhanh chóng và chính xác. Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của chúng tôi.
