Cơ năng là gì? Đây là một trong những khái niệm cơ bản nhất trong lĩnh vực vật lý cơ học. Đây cũng là một trong những loại năng lượng phổ biến nhất trong đời sống hiện nay. Vậy bản chất của loại năng lượng này là gì, nó có ứng dụng gì trong cuộc sống của chúng ta? Hãy cùng chuthapdoquangninh.org.vn tìm hiểu về khái niệm Cơ năng là gì trong bài viết dưới đây nhé!
Cơ năng là gì?
Khái niệm
Trong khái niệm cơ bản thì cơ năng chính là sự kết hợp của động năng và thế năng. Nói đơn giản hơn thì cơ năng chính là năng lượng được tạo thành từ chuyển động và vị trí của vật thể cần xét. Giá trị của cơ năng có thể được xác định thông qua định luật bảo toàn cơ năng
Như đã phát biểu ở trên, cơ năng chính là tổng hợp của động năng và thế năng. Vậy hai loại năng lượng này là gì?
Khái niệm cơ năng là gì?
Động năng là năng lượng sản sinh trong quá trình chuyển động của nó. Theo định nghĩa vật lý cơ học thì khái niệm động năng được phát biểu như sau:
Động năng chính là công cần thực hiện để tạo ra gia tốc cho vật có khối lượng xác định. Gia tốc này có vai trò đưa vật đạt được vận tốc xác định từ trạng thái nghỉ. Động năng sẽ không thay đổi nếu vận tốc di chuyển của vật không đổi
Thế năng là trường thế vô hướng có giá trị phụ thuộc vào vị trí đặt của vật so với điểm làm mốc.
Kí hiệu và đơn vị của cơ năng
Cơ năng được kí hiệu là E và sử dụng đơn vị như những khái niệm năng lượng khác là Jun (J)
Bản chất của cơ năng
Năng lượng vốn là một đại lượng vô hướng và bản chất của cơ năng cũng tương tự. Cơ năng của một hệ quy chiếu sẽ được tính bằng tổng của thế năng và động năng được xác định bằng công thức:
Trong đó:
Econang là cơ năng
U là thế năng
K là động năng
Minh họa một thí nghiệm về cơ năng
Định luật bảo toàn cơ năng
Định luật bảo toàn cơ năng là định luật chứng minh sự bất biến về giá trị của cơ năng trong một hệ khép kín. Khi vật đang chuyển động trong một trọng trường khép kín (không chịu tác động của các lực khác như lực cản, lực ma sát, …), giá trị động năng và thế năng sẽ thay đổi tùy theo vận tốc di chuyển và vị trí của vật so với điểm đặt mốc nhưng tổng của hai giá trị sẽ giữ nguyên. Điều này đồng nghĩa với việc đã có sự biến đổi qua lại giữa thế năng và động năng của vật trong hệ khép kín.
Định luật bảo toàn cơ năng có thể được phát biểu như sau: Khi chuyển động, nếu vật được đặt vào hệ khép kín và chỉ chịu sự tác động của trọng lực, động năng của vật sẽ dần chuyển đổi thành thế năng và ngược lại sao cho tổng của hai giá trị, tức cơ năng của vật được bảo toàn.
Ta có thể diễn giải như sau: Khi động năng của vật đạt giá trị cực đại thì thế năng của vật đồng thời cũng đạt cực tiểu và ngược lại.
Công thức tính cơ năng
Như đã phát biểu ở trên, ta có cơ năng là tổng giá trị cơ năng và động năng của vật. Từ đó ta rút ra được công thức sau:
Trong đó:
W là cơ năng của vật (J)
Wt là thế năng của vật (J)
Wd là động năng của vật (J)
m là khối lượng của vật (g)
v là vận tốc di chuyển của vật (m/s)
g là gia tốc trọng trường có giá trị g = 9,8 m/s2
z là chiều cao của vật (m)
Định luật bảo toàn cơ năng
Mối quan hệ giữa cơ năng và lực đàn hồi
Khi một vật được mắc vào lò xo và chịu sự tác dụng của lực đàn hồi đến từ sự biến dạng của lò xo, ta sẽ cơ năng của vật được tính bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật. Trong quá trình vật di chuyển, thế năng đàn hồi sẽ dần biến đổi thành động năng. Giá trị cơ năng của vật lúc này sẽ được tính bằng công thức sau:
Trong đó:
W là cơ năng (J)
m là khối lượng của vật (g)
v là vận tốc di chuyển của vật (m/s)
k là hệ số biến dạng của lò xo
llà chênh lệch giữa độ dài ban đầu và độ dài sau khi biến dạng của lò xo (m)
Bài viết trên đây của chúng tôi đã giới thiệu tới bạn về khái niệm Cơ năng là gì, công thức tính và định luật bảo toàn cơ năng. Hy vọng những thông tin thú vị này sẽ giải đáp được những thắc mắc của bạn. Nếu muốn đọc thêm các kiến thức về lĩnh vực vật lý, đừng quên ghé thăm website chuthapdoquangninh.org.vn mỗi ngày để cập nhật những bài viết mới nhé!
Xem thêm:
- Lực ma sát là gì? Lực ma sát có tác dụng gì?
- Điện từ trường là gì? Những điều cần biết về điện từ trường
- Điện trở suất là gì? Định nghĩa điện trở suất
- Ứng suất là gì? Nguyên nhân tạo ra ứng suất
- Công suất tiêu thụ – công suất hao phí là gì?
