SGK Vật Lí 10 - Bài 24. Công và Công suất

Cổng và công suất
Trong nhũng trường họp nào sau đây, khái niệm "công" có nội dung đúng như đã học ở lóp 8 ?
Khi ô tô đang chạy, động cơ ô tô sinh công.
Ngày công của một lái xe là 50 000 đồng.
Có công mài sắt, có ngày nên kim.
Công thành danh toại.
Hình 24.1
HI Nêu ba ví dụ về lực sinh công.
Hình 24.2
I - CÔNG
Khái niệm về công
ở lớp 8, ta đã học :
Một lực sinh công khi nó tác dụng lên một vật và vật chuyển dời;
Dưới tác dụng của lực F, khi vật chuyển dòi một đoạn .V theo hướng của lực thì cóng do lực sinh ra là :
A=Fs	(24.1)
HI
Định nghĩa công trong truòng hợp tổng quát
Một máy kéo đang kéo một cây gỗ trượt trên đường bằng một sợi dây căng. Lực kéo F nằm theo phương nghiêng của dây được phân tích ra hai thành phần là Fn và Fs (Hình 24.2) :
F = F + F
1 n 1 x s
trong đó Fn vuông góc vói phương chuyển dời và Fs nằm theo phương chuyển dời MN của cây gỗ.
Ta thấy rằng nếu chỉ có Fn tác dụng thì không tạo ra chuyển dời mong muốn. Trái lại chính thành phần Fs của F đã kéo cây gỗ chuyển dời theo hướng MN (MN = s).
Nói cách khác, chỉ có thành phần Fs của F sinh công.
Công này gọi là công của lực F, được tính theo cõng thức:
Á = FS.MN = Fss	(24.2)
Gọi « là góc tạo bởi lực F và chuyển dời MN (Hình 24.3), ta có : Fs = Fcosa
Vì vậy, công thức (24.2) có thể viết: A = Fscosa.
Khi lực F không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng họp với hướng của lực góc a thì công thực hiện bởi lực đó được tính theo công thức :
A = Fscosa	(24.3)
Biện luận
Tuỳ theo giá trị của cosa ta có các trường hợp sau :
a nhọn, cosa > 0, suy ra A > 0 ; khi đó A gọi là công phát động.
Chú ý :
Ở câu hỏi đầu bài học này, chỉ có hai trường hợp 1 và 3 trong đó khái niệm “công” có nội dung đúng như đã định nghĩa.
Hai cách nói “lực sinh công” và “lực thực hiện công” là tương đương.
Khi một vật tác dụng lực lên một vật khác và điểm đặt của lực đó chuyển dời ta cũng nói vật đó sinh công hoặc thực hiện công.
a = 90°, cosót = 0, suy ra A = 0 ; khi điểm đặt của lực chuyển dời theo phương vuông góc với lực thì lực sinh công A = 0.
Hình 24.4
Xác định dấu của công A trong những trường hợp sau :
Công của lực kéo của động cơ ô tô khi ô tô lên dốc ;
Công của lực ma sát của mặt đường khi ô tô lên dốc ;
Công của trọng lực của vệ tinh bay vòng tròn quanh Trái Đất;
Công của trọng lực khi máy bay cất cánh.
Ví dụ :
Ô tô có khối lượng một tẵh, chuyển động đều trên một đường nằm ngang có hệ số ma sát trượt = 0,2. Tính công của lực kéo của động cơ và công của lực ma sát khi ô tô chuyển dời được 250 m. Cho g = 10 m/s2.
Giải :
Vì ô tô chuyển động đều nên lực kéo của động cơ và lực ma sát trên mặt đường cân bàng nhau. Chúng có cùng độ lớn và bằng :
.	= 0,2.1 000.10 = 2 000 N
Công của lực kéo của động cơ :
Aj =Fí = 5.105J Công của lực ma sát (công cản):
A2 = -Fí = -5.105J.
a tù, COS a 90°, vậy công của trọng lực nhỏ hơn không. Để giải thích kết quả này ta phân tích trọng lực P ra hai thành phần Pn và Ps:
p = p+ P,
1	1 n s
trong đó Pn vuông góc với mặt dốc và Ps song song với mặt dốc. Ta nhận thấy rằng, thành phần Pn không có tác dụng đối với chuyển dời MN, còn thành phần Ps ngược hướng với MN, do đó có tác dụng cản trở chuyển động.
Kết luận : Khi góc a giữa hướng của lực F và hướng của chuyển dời là góc tù thì lực F có tác dụng cản
trở chuyển động và công do lực F sinh ra Ẩ < 0 được gọi là công cản (hay công âm), ỉ '
Đơn vị công
Đơn vị công là jun (kí hiệu là J). Trong (24.1) nếu F = 1 N và s = 1 m thì:
A = lN.lm = 1 N.m = 1 J
Jun là công do lực có độ lớn ỈN thực hiện khi điểm đặt của lực chuyển dời 1 m theo hướng của lực.
Chú ý
Các công thức tính công (24.1) và (24.3) chỉ đúng khi điểm đặt của lực chuyển dời thẳng và lực không đổi trong quá trình chuyển dời.
II - CÔNG SUẤT
ì. Khái niệm công suất
Trong sản xuất và đời sống, người ta thường sử dụng các loại máy móc, động cơ, tổng quát hơn là các thiết bị sinh công (công dương). Khi đó ngoài độ lớn của công do thiết bị sinh ra, người ta còn quan tâm đến khoảng thời gian thực hiện công đó. Cùng sản ra một công, thiết bị nào thực hiện trong thời gian ngắn hơn sẽ làm việc mạnh hơn. Nói cách khác người ta đánh giá mức độ mạnh của một thiết bị sinh công bằng độ lớn của công do thiết bị đó thực hiện trong cùng một khoảng thời gian chọn trước - thường chọn là đơn vị thời gian. Đại lượng đó được gọi là công suất hay tốc độ sinh công.
Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đom vị thời gian.
Nếu trong khoảng thời gian t công sinh ra bằng A(A > 0) thì công suất (kí hiệu ổ3) được tính theo công thức :
= y	(24.4)
EẼ So sánh công suất của các máy sau :
Cần cẩu nâng được 800 kg lên cao 5 m trong 30 s ;
Cấn cẩu M2 nâng được 1 000 kg lên cao 6 m trong 1 phút.
Chú ý.'Trước đây người ta còn dùng đơn vị mã lực để đo công suất.
Ở nước Pháp :
1 mã lực = 1 cv = 736 w.
Ở nước Anh :
1 mã lực = 1 HP = 746 w.
Cũng có thể nói rằng, công suất của một lực đo tốc độ sinh công của lực đó.
2. Đơn vị công suất
Đơn vị công suất là jun/giây, được đặt tên là oát, kí hiệu w.	1 J
1 w =
1 s
Oát là công suất của một thiết bị thực hiện công bằng 1 J trong thời gian 1 s. 33
Người ta còn sử dụng một đơn vị thực hành của công là oát giờ (W.h) :
1 w.h = 3 600 J 1 kW.h = 3 600 kJ
Tên lửa Satơn (Saturn) V
7.101°W.
Tàu biển
5.107W
Đầu tàu hoả
3.1ũ6W
ô tô
4.104W
Xe máy
1.5.104 w
Người làm việc
100 w
Đèn điện
100 w
Máy thu thanh
10 w
Máy tính bỏ túi
1.10“3W
Bảng 24.1
Vài ví dụ về công suất trung bình.
Khái niệm công suất cũng được mở rộng cho các nguồn phát năng lượng không phải dưới dạng sinh công cơ học. Ví dụ : lò nung, nhà máy điện, đài phát sóng..., xem Bảng 24.1.
Người ta cũng định nghĩa công suất tiêu thụ của một thiết bị tiêu thụ năng lượng là đại lượng đo bằng năng lượng tiêu thụ của thiết bị đó trong một đơn vị thời gian.
Nếu lục không đổi F có điềm đặt chuyển dời một đoạn s theo huóng hợp với huúng g của lục góc a thì công cùa lục F đuục tính theo công thúc :
A = Fscosa
3 Công suất đo bằng công sinh ra trong một đon vị thời gian.
& = A t
Phát biểu định nghĩa công và đơn vị công. Nêu ý nghĩa của công âm.
Phát biểu định nghĩa công suất và đơn.vị công suất. Nêu ý nghĩa vật lí của công suất ?
▼
Đơn vị nào sau đây không phải là đơn vị công suất ?
A. J.S. c. N.m/s.
B.W. D. HP.
Công có thể biểu thị bằng tích của
năng lượng và khoảng thời gian.
lực, quãng đường đi được và khoảng thời gian, c. lực và quãng đường đi được.
D. lực và vận tốc.
Chọn đáp án đúng.
Một lực F không đổi liên tục kéo một vật chuyển động với vận tốc V theo hướng của F. Công suất của lực F là
A. Fvt.	B. Fv.
c. Ft.	D. Fv2.
Chọn đáp án đúng.
CÂU HÒI VÀ BÀI TẬP
Một người kéo một hờm gỗ khối lượng 80 kg trượt trên sàn nhà bằng một dây có phương hợp góc 30° 30 với phương nằm ngang. Lực tác dụng lèn dây bằng 150 N. Tính công của lực đó khi hòm trượt đi được 20 m.
Một động cơ điện cung cấp công suất 15 kW cho một cần cẩu nâng 1 000 kg lên cao 30 m. Lấy g = 10 m/s2. Tính thời gian tối thiểu để thực hiện công việc đó ?
HỘP SÓ ô TO, XE MÁY
Trong ô tô, xe máy công suất của lực phát động F chp bởi : & = --
Giả sử điểm đặt của F chuyến dời một đoạn As theo hướng của F, công AÂ cúa F là : AÀ = FAs do đó :
Với Aí nhỏ, là vận tốc tức thời V của ô tô, xe máy tại thời điểm đang xét. Vậy :
& = Fv (*)
Thường công suất của động cơ ó tô, xe máy là một đại lượng được duy trì không đối. Do đó, theo (*) nếu Ttăng thì V giám và ngược lại.
Như vậy, khi ô tô, xe máy chạy qụa những đoạn đường k.hó đi (lên dốc, ma sát lớn) thì cường độ lực F phải tăng lên, do đó vận tốc V phải giảm. Ngược lại, ỏ’ những đoạn đường dễ đi (xuống dốc, ma sát nhó) cường độ lực F giảm và vận tốc u sẽ tăng. Việc điều' chính V tăng hay giám được thực hiện bằng một thiết bị gọi là hộp số (sử dụng các bánh xe truyền động có bán kính to, nhỏ khác nhau).