Cơ năng là gì? Thế năng là gì, Định luật bảo toàn cơ năng

Cơ năng là một trong những khối kiến thức vô cùng quan trọng của bộ môn vật lý. Song đây là một phần kiến thức khó, không phải ai cũng nắm được. Để giúp các bạn hiểu được cơ năng là gì cũng như những công thức liên quan đến cơ năng, trong bài viết này chúng tôi sẽ hệ thống lại những kiến thức quan trọng về cơ năng.

I. Khái niệm cơ năng là gì?

Cơ năng là khái niệm được dùng để chỉ khả năng sản sinh công của một vật. Khi vật có khả năng sinh ra công càng lớn thì cơ năng của vật đó càng lớn. Đơn vị của cơ năng là Jun (J).

Cơ năng được chia làm hai dạng đó là thế năng và động năng. Cụ thể như sau:

Động năng được dùng để chỉ cơ năng của một vật được tạo ra do chuyển động. Khi một vật chuyển động càng nhanh và có khối lượng càng lớn thì động năng của vật đó càng lớn. Ví dụ: hòn bi đang lăn.

cơ năng là gì
Hòn bi đang lăn – gọi là động năng

Thế năng:

  • Thế năng trọng trường:

Thế năng được xác định bởi độ cao của vật so với mặt đất (ta có thể không lấy mặt đất mà lấy một vị trí khác làm mốc để tính độ cao) được gọi là thế năng trọng trường. Hay nói cách khác, cơ năng của một vật sẽ phụ thuộc vào độ cao của vật với một điểm xác định làm mốc để tính độ cao.

Vật được đặt cách càng cao so với mốc tính thì thế năng càng lớn, khi vật được đặt trên mặt đất hoặc mốc tính thì thế năng trọng trường của vật lúc này bằng 0. Ví dụ như quạt trần so với nền nhà.

Ngoài ra, thế năng trọng trường của vật còn phụ thuộc vào khối lượng của nó. Khối lượng của vật càng nhỏ thì thế năng càng nhỏ.

  • Thế năng đàn hồi: 

Thế năng đàn hồi là khái niệm được dùng để chỉ việc cơ năng của một vật bị ảnh hưởng bởi độ biến dạng của vật. Ví dụ như lò xo.

Một vật có thể có cả thế năng và động năng. Lúc này cơ năng của vật sẽ là tổng của thế năng và động năng. Một vật có cả động năng và thế năng ví dụ như trái cây rụng, lá rơi, máy bay đang cất cánh…

cơ năng là gì
Máy bay cất cánh có cả động năng và thế năng

Như vậy, khi một vật đang chuyển động trong trọng trường thì cơ năng của nó bằng tổng của động năng và thế năng. Từ đó ta có công thức tính cơ năng như sau:

W = Wđ + Wt = ½ mv2 + mgz

>>> Xem thêm: công thức tính công suất tiêu thụ điện

II. Sự bảo toàn cơ năng

Định luật bảo toàn cơ năng là định luật bảo toản chỉ số cơ năng của một vật khi vật chuyển động trong trọng trường và chỉ chịu tác động của trọng lực hoặc lực đàn hồi (không chịu thêm tác động của bất kỳ lực nào khác như lực ma sát, lực cản…). Hiểu một cách đơn giản là thế năng và động năng của vật có thể bị biến đổi qua lại trong quá trình vật chuyển động trong trọng trường song tổng của chúng không biến đổi khi vật chỉ chịu tác động của trọng lực và lực đàn hồi.

Định luật bảo toàn cơ năng: Trong khi chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của của trọng lực, động năng có thể chuyển thành thế năng và ngược lại, và tổng của chúng,  tức là cơ năng của vật, được bảo toàn (không đổi theo thời gian).

Định luật bảo toàn cơ năng
Định luật bảo toàn cơ năng

III. Hệ quả 

Từ định luật trên chúng ta có thể thấy, trong quá trình chuyển động của một vật trong trọng trường, nếu thế năng của vật giảm thì động năng của vật sẽ tăng và ngược lại khi động năng của vật tăng thế năng của vật sẽ giảm. Đồng thời, tại vị trí mà động năng ở cực đại thì thế năng sẽ ở cực tiểu và ngược lại khi thế năng ở cực đại, động năng sẽ ở cực tiểu.

IV. Cơ năng của một vật khi chịu tác động của lực đàn hồi

Khi một vật trong quá trình chuyển động chịu tác động của lực đàn hồi được tạo ra bởi sự biến dạng của lò xo đàn hồi thì cơ năng của vật sẽ bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật. Đại lượng này là đại một đại lượng được bảo toàn.

Cơ năng là gì
Kéo căng cây cung – Cơ năng của 1 vật chịu tác động của lực đàn hồi

Lưu ý: Định luật bảo toàn cơ năng của một vật chỉ đúng khi vật không chịu thêm bất kì lực tác động từ bên ngoài nào ngoại trừ trọng lực và lực đàn hồi. Nếu trong quá trình chuyển động vật chịu thêm tác động của các lực như lực ma sát, lực cản… thì cơ năng của vật sẽ bị biến đổi. Công của các lực tác động thêm lên vật (lực ma sát, lực cản…) sẽ bằng độ biến thiên của cơ năng.

Trong phần kiến thức về cơ năng thì định luật bảo toàn là mảng kiến thức quan trọng nhất các bạn cần nắm vững. 

Trên đây là toàn bộ những chia sẻ của chúng tôi về cơ năng của một vật. Hy vọng qua bài viết các bạn đã hiểu được cơ năng là gì? Cũng như định luật bảo toàn cơ năng và hệ quả của nó.

Tìm hiểu thêm:

Nhuận Thổ

Xin chào, Tôi là Nhuận Thổ, là một bloger với niềm đam mê tìm tòi và học hỏi. Tôi muốn chia sẻ thật nhiều kiến thức về công nghệ, giáo dục, cung hoàng đạo tới mọi người. Cảm ơn!

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Next Post

Công suất điện là gì? Công thức tính công suất tiêu thụ điện

T2 Th9 14 , 2020
Cơ năng là một trong những khối kiến thức vô cùng quan trọng của bộ môn vật lý. Song đây là một phần kiến thức khó, không phải ai cũng nắm được. Để giúp các bạn hiểu được cơ năng là gì cũng như những công thức liên quan đến […]
Công suất điện là gì