SGK Vật Lí 10 - Bài 25. Động năng
Dông NĂNG chúng ta đã nghe đến những trận lũ quét hay sóng thần có sức tàn phá rất mạnh. Dòng nước đã mang năng lượng ở dạng nào ? I - KHÁI NIỆM ĐÔNG NẢNG Cột 1 Cột 2 Dạng trao đổi năng lượng Máy kéo Cần cẩu c. Lò nung Mặt Trời Lũ quét Thực hiện công Truyền nhiệt Phát ra các tia nhiệt HI Dòng nào ở cột 1 ứng với dòng nào ở cột 2 ? BB: Chứng tỏ những vật sau đây có động năng và những vật ấy có thể sinh công như thế nào ? Viên đạn đang bay. Búa đang chuyển động. Dòng nước lũ đang chảy mạnh. Năng luợng Mọi vật xung quanh ta đều mang năng lượng. Khi một vật tương tác vói các vật khác thì giữa chúng có thể có trao đổi năng lượng. Quá trình trao đổi năng lượng này diễn ra dưới những dạng khác nhau : thực hiện công, truyền nhiệt, phát ra các tia mang năng lượng... H1 Động năng Bài học này xét dạng năng lượng mà một vật có được do nó đang chuyển động. Dạng năng lượng ấy gọi là động năng. Khi một vật có động năng thì vật đó có thể tác dụng lực lên vật khác và lực này sinh công. H9 II - CÔNG THỨC TÍNH ĐỘNG NĂNG Ta hãy xét một vật khối lượng m chuyển động dưới tác dụng của một lực F. Để đơn giản, ta giả thiết lực F không đổi và vật đó chuyển động theo giá của lực F. Trong một khoảng thời gian xác định dưới tác dụng của lực F, giả sử vật đó đi được quãng đường 5 và có vận tốc biến thiên từ ƯỊ đến ơ2. Vì lực F không đổi nên gia tốc chuyển động của vật F ấ = — không đổi, nghĩa là vật chuyển động thẳng m biến đổi đều. Với chuyển động này, ta có công thức : - V2 - 2as Thay a - —, ta được : vĩ - V? = 2—S m m 1 ™,,2 _ J_„«,2 _ F<. ịmv2 - 2mvi = Fs Tích Fs ở vế phải của công thức trên chính là công A của lực F trong chuyển dời 5 của vật: Vậy 2mv2 ~ 2mvi = A (25.1) Ta xét trường hợp đặc biệt của công thức (25.1). Vật bắt đầu từ trạng thái nghỉ (Uj = 0), dưới tác dụng của lực F, đạt tới trạng thái có vận tốc v2 = v. Khi đó (25.1) trở thành : ~mv2 = A (25.2) Như vậy, khi lực tác dụng lên vật sinh công, vật nhận được năng lượng và chuyển từ trạng thái nghỉ sang trạng thái chuyển động*. Vế trái của (25.2) biểu thị năng lượng mà vật thu được trong quá trình sinh công của lực F và được gọi là động năng của vật. Kết quả này đã tìm được trong một ví dụ đơn giản ; người ta chứng minh rằng nó vẫn đúng cho trường hợp tổng quát. Động năng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc V là năng lượng (kí hiệu VV(t) mà vật đó có được do nó đang chuyển động và được xác định theo công thức : tvđ = (25.3) Vật V (m/s) đông năng (J) Trái Đất (quay xung quanh Mặt Trời) 2,88.1 o4 2.65.1033 Mặt Trăng 1.02.103 3.82.1028 Tên lửa 6.18.105 9.5.1013 Ôtô 25 6,3.10s Vận động viên 10 3.5.103 Giọt mưa 9 1,4.10-3 Phân tử ôxi 500 6 6.10-21 Bảng 25.1 Vài ví dụ về động năng. S3 Chứng minh rằng đơn vị jun cũng bằng kg.m2/s2. Đơn vị của động năng là jun (J). S3 Ví dụ: Một ô tô có khối lượng 1 200 kg tăng tốc từ 18 km/h đến 108 km/h trong 12 s. Tính công suất trung bình của động cơ ô tô đó. Giải : Công thực hiện bởi động cơ ô tô khi tăng tốc bằng độ biến thiên động năng của ô tô : . 1 2 1 2 A = -nw, - —mv, 2 2 2 1 A = 11200 (302-52) = 600.875 =525 kJ Công suất trung bình của động cơ ô tô : 4 S9S = — =Ty^-= 43,75 kW t 12 ill - CÔNG CỦA LỰC TÁC DỤNG VÀ Độ BIỂN THIÊN ĐỘNG NĂNG Trong trường hợp vật đang chuyển động dưới tác dụng của lực F từ vị trí có động năng —mVị đến vị trí có động năng ~mvỊ, tỉù công do lực F sinh ra được tính theo công thức : Ẩ = . Hệ quả : Khi lực tác dụng lên vật sinh công dương thì động năng của vật tăng (tức là vật thu thêm công - hay vật sinh công âm). Ngược lại, khi lực tác dụng lên vật sinh công âm thì động năng của vật giảm (tức là vật sinh công dương). Động năng là dạng năng luụng của một vật có đuọc do nó đang chuyển động và đuọc xác định theo công thúc : " IV. = -mv2 đ 2 Động năng cửa một vật biến thiên khi các lực tác dụng lên vật sinh công. CÀU HÓI VÀ BÀI TẬP Nêu định nghĩa và công thức của động năng Khi nào động năng của vật a) biến thiên ? b) tăng lên ? c) giảm đi ? Một vật trọng lượng 1,0 N có động năng 1,0 J. Lấy g = 10 m/s2. Khi đó vận tốc của vật bằng bao nhiêu ? A. 0,45 m/s. 3.1,0 m/s. c. 1,4ffi/s. D. 4,4 m/s. Một ố tô có khối lượng 1 000 kg chuyển động với vận tốc 80 km/h. Động năng của õ tô có giá trị nào sau đày ? A.2,52.10 Câu nào sa/ trong các câu sau ? Động năng của vật không đổi khi vật chuyển động thẳng đểu. chuyển động với gia tốc không đổi. c. chuyển động tròn đểu. D. chuyển động cong ổều. Động năng của một vật tăng khi ' gia tốc của vật a > 0. vận tốc của vật V > 0. c. các lực tác dụng lên vật sinh công dương. D. gia tốc của vật tăng. Chọn đáp ấn đúng. J. 3. 2,47.10s J. c. 2,42.10®J. D. 3,20.10® J. Tính động năng cửa một vận động viên có khối lượng 70 kg chạy đều hết quãng đường 400. m trong thời gian