Bài giảng bài cơ năng vật lý 10 (8)

BÀI GIẢNG VẬT LÝ 10
CƠ NĂNG


KIỂM TRA BÀI CŨ
Câu 1: Phát biểu định nghĩa và viết biểu thức của động năng?
Đáp án: Động năng của một vật là năng lƣợng do vật chuyển
động mà có. Động năng có giá trị bằng một nửa tích của khối
lƣợng và bình phƣơng vận tốc của vật.
Biểu thức:
Câu 2: Phát biểu định nghĩa và viết biểu thức của thế năng?
Đáp án: Thế năng là năng lƣợng mà một hệ vật (vật) có đƣợc do
tƣơng tác giữa các các vật trong hệ và phụ thuộc vào vị trí tƣơng
đối của các vật ấy.
Biểu thức:
 Thế năng trọng trƣờng:
 Thế năng đàn hồi:


CƠ NĂNG
Quan sát chuyển động của con lắc đơn và nhận xét sự thay
đổi động năng và thế năng của vật trong trọng trƣờng.

Hình 1. Con lắc đơn
Nhận xét: Trong quá trình dao động, động năng và thế năng
của vật trong trọng trƣờng liên tiếp thay đổi.
Quan sát thí nghiệm minh hoạ sau, chúng ta sẽ thấy sự biến
thiên của hai đại lƣợng này:

1. THIẾT LẬP ĐỊNH LUẬT
a) Trường hợp trọng lực
Xét một vật khối lƣợng m rơi tự do, lần lƣợt qua hai vị trí A và
B tƣơng
ứng với các độ cao z1 và z2, tại đó vật có vận tốc tƣơng ứng

là v1 và v 2 (Nhƣ hình vẽ).

Hình 2. Vật đang rơi trong trọng trƣờng
ÁP DỤNG ĐỊNH LÝ ĐỘNG NĂNG, TA CÓ CÔNG DO
TRONG LỰC THỰC HIỆN BẰNG ĐỘ TĂNG ĐỘNG NĂNG CỦA
VẬT:


mv 22 mv 12
A12 = W®2 - W®1 =
2
2

(1)

Mặt khác, công này lại bằng độ giảm thế năng của vật trong
trọng trƣờng:
(2)

A 12 = Wt1 - Wt 2 = mgz1 - mgz2

So sánh (1) và (2) ta đƣợc:

W®1 + Wt1 = W®2 + Wt 2
Hay:

mv12
mv 22
+ mgz1 =
+ mgz2
2
2

(4)

Các giá trị v và z ở các vị trí đầu và cuối trong chuyển động là
bất kỳ, do đó tổng của động năng và thế năng của vật trong trọng
trƣờng của vật là không đổi. Tổng của động năng và thế năng đƣợc
gọi là cơ năng của vật.
Phát biểu định luật bảo toàn cơ năng:


Trong quá trình chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của
trọng lực, động năng có thể chuyển thành thế năng và ngược lại, và
tổng của chúng, tức là cơ năng được bảo toàn.

Hình 3. Đồ thị biểu diễn định luật bảo toàn
cơ năng trong trƣờng hợp trọng lực

b) Trường hợp lực đàn hồi
Quan sát chuyển động của con lắc lò xo trong thí nghiệm sau
và cho nhận xét về sự biến thiên của động năng và thế năng:









Nhận xét: Trong quá trình chuyển động, khi động năng của vật
tăng thì thế năng đàn hồi giảm và ngƣợc lại, nhƣng tổng động năng
và thế năng, tức cơ năng của vật, thì luôn bảo toàn.

Hình 4. Đồ thị biểu diễn định
luật bảo toàn cơ năng trong
trƣờng hợp đàn hồi.
Ta có:
mv 2 kx 2
W = W® + W® h =
+
= h » ng s è
2
2

(5)

Vật ở vị trí biên phải:
Wđ = 0, Wđh cực đại.


Vật qua vị trí cân bằng:
Wđ cực đại, Wđh = 0.


Vật ở vị trí biên trái:
Wđ = 0, Wđh cực đại.


2. BIẾN THIÊN CƠ NĂNG. CÔNG CỦA LỰC
KHÔNG PHẢI LỰC THẾ
Khi ngoài lực thế, vật còn chịu tác dụng của lực không phải lực
thế, ví dụ lực ma sát (hay lực cản nói chung), cơ năng của vật sẽ
không bảo toàn. Ta hãy tìm độ biến thiên cơ năng của vật trong
trƣờng hợp này.
Theo định lý động năng, ta có tổng công của các lực tác dụng
bằng độ biến thiên động năng của vật khi vật di chuyển từ vị trí 1 đến
vị trí 2: