Lý thuyết Cơ năng chi tiết nhất

Cơ năng Vật lý 10 là một trong những kiến thức trọng tâm của chương IV Các định luật bảo toàn trong môn Vật lý 10. Cunghocvui xin gửi đến các bạn bài lý thuyết và các dạng bài tập tự luận về Cơ năng vật lý 10 đầy đủ và chi tiết nhất. Hy vong bài viết về Cơ năng Vật lý 10 sẽ hữu ích với các bạn!

A. Tóm tắt lý thuyết Cơ năng Vật lý 10

1. Cơ năng của một vật trong trạng thái chuyển động bên trong trọng trường

a, Định nghĩa về Vật lý 10 cơ năng. Cơ năng là gì?

- Khi một vật trong trạng thái di chuyển chịu tác dụng của trọng lực thì sinh ra cơ năng. Cơ năng của vật được định nghĩa bằng tổng của hai giá trị là thế năng với động năng của vật. Bởi vật cơ năng là một đại lượng được tính bằng công thức: 

\(W=W_{đ}+W_{t}=\dfrac{1}{2}m.v^2+\dfrac{1}{2}m.g.z\)

2. Sự bảo toàn cơ năng của một vật trong trạng thái chuyển động trong trọng trường

- Trong trọng trường, trọng lực tác dụng lên một vật đang trong trạng thái chuyển động thì đại lượng được bảo toàn là cơ năng của vật hay nói một cách khác là tổng hai giá trị thế năng và động năng luôn là một giá trị không đổi. Ta cụ thể hóa bằng công thức như sau:

\(W=W_{đ}+W_{t}=\dfrac{1}{2}m.v^2+\dfrac{1}{2}m.g.z = const\)

- Hệ quả sinh ra từ bảo toàn cơ năng như sau:

+ Trong trọng trường, một vật đang trong trạng thái chuyển động thì giá trị của thế năng và động năng có xu hướng ngược nhau. Nghĩa là, nếu động năng tăng thì thế năng sẽ giảm (động năng sẽ được chuyển hóa từ thế năng) và ngược lại, nếu động năng giảm thì thế năng sẽ tăng (thế năng sẽ được chuyển hóa từ động năng).

+ Tại một vị trí, nếu động năng mang giá trị cực đại thì thế năng mang giá trị cực tiểu và ngược lại, nếu động năng mang giá trị cực tiểu thì thế năng sẽ mang giá trị cực đại.

- Khi các lực ma sát được bỏ qua, cơ năng của con lắc đơn sẽ được bảo toàn và xác định bởi công thức:

\(W=\dfrac{1}{2}m.v^2+m.g.l(1-cos\alpha )=const\)

Hoặc \(W=\dfrac{1}{2}m.v_{max}^2=m.g.l(1-cos\alpha_{0} )\)

3. Vật lý 10 Cơ năng của một vật trong trạng thái chịu tác dụng của một lực đàn hồi.

a, Định nghĩa 

- Khi một vật trong trạng thái di chuyển chịu tác dụng của lực đàn hồi thì sinh ra cơ năng. Cơ năng của vật được định nghĩa bằng tổng của hai giá trị là thế năng đàn hồi với động năng của vật. Bởi vật cơ năng là một đại lượng được tính bằng công thức: 

\(W= \dfrac{1}{2}m.v^2+\dfrac{1}{2}k.(\Delta l)^2\)

b, Sự bảo toàn cơ năng của một vật trong trạng thái chuyển động dưới tác dụng của một lực đàn hồi

- Sự biến dạng của một lò xo đàn hồi dẫn đến lực đàn hồi tác dụng vào một vật đang trong trạng thái chuyển động thì sinh ra cơ năng. Cơ năng của vật lúc đó sẽ là một đại lượng bảo toàn. Có nghĩa là tổng của hai giá trị động năng và thế năng đàn hồi của vật luôn luôn là một giá trị không đổi (hằng số). Ta cụ thể hóa bằng công thức như sau:

\(W= \dfrac{1}{2}m.v^2+\dfrac{1}{2}k.(\Delta l)^2=const\)

- Lưu ý: Sự bảo toàn cơ năng của một vật trong trạng thái chuyển động là đúng khi và chỉ khi có hai lực tác dụng lên vật đó là trọng lực và lực đàn hồi. Nếu ngoài hai lực này, trong quá trình vật di chuyển, còn có một số lực khác tác dụng lên vật thì các lực này sinh ra một công bằng độ biến thiên cơ năng.

B. Bài tập về Cơ năng Vật lý 10

1. Cách làm bài tập về định luật bảo toàn cơ năng của một vật trong trạng thái di chuyển trong trọng trường

- Xác định vị trí gốc của thế năng

- Xác định hai điểm theo dữ kiện đầu bài cho về yếu tố vận tốc hoặc yếu tố độ cao để áp dụng vào công thức bảo toàn động năng của một vật trong trạng thái chuyển động trong trọng trường: \(W_{A}=W_{B}\) hoặc:

\( \dfrac{1}{2}m.v_{A}^2+m.g.h_{A}=\dfrac{1}{2}m.v_{B}^2+m.g.h_{B}\)

- Từ công thức, ta giải phương trình sẽ ra được con số về vận tốc hoặc độ cao của vật

2. Một số bài tập vận dụng Cơ năng Vật lý 10

Bài 1: 10kg là khối lượng của một vật đang trong trạng thái rơi tự do từ trên cao xuống tới mặt đất. Cho biết nếu ở một vị trí độ cao là 5m so với mặt đất thì vật sẽ đạt được một vận tốc bằng 13km/h. Biết rằng gia tốc rơi tự do được cho bằng \(g= 9,8m/s^2\), hỏi ở vị trí cách mặt đất là 5m đó, vật có cơ năng bằng bao nhiêu?

Đáp số: Cơ năng của vật tại vị trí cách mặt đất là 5m bằng 554,8J

Bài 2: 25g là khối lượng của một hòn bi đang trong trạng thái được ném thẳng hướng lên trên một phương vuông góc với mặt đất bằng một vận tốc là 4,5m/s. Khoảng cách từ vị trí bắt đầu ném vật so với mặt đất là 1,5m. Khi mặt đất được chọn làm gốc thế năng thì:

a, Lúc ném vật, thế năng, động năng và cơ năng của vật bằng bao nhiêu?

b, Hòn bi có thể lên cao nhất bao nhiêu mét?

Đáp số: a, Cơ năng của vật bằng 0,63J

             b, Hòn bi có thể lên cao nhất 2,52m

Bài 3: 120m là độ cao bắt đầu vật chuyển động trong trạng thái rơi tự do xuống mặt đất. Biết rằng gia tốc rơi tự do được cho bằng \(g=10m/s^2\) và sức cản của không khí là không đáng kể, muốn cho thế năng của vật gấp đôi động năng của vật thì vị trí của vật là ở độ cao bao nhiêu?

Đáp số: Vị trí vật cách mặt đất bằng một độ cao là 80m

Bài 4: -1,96J là thế năng của một vật có khối lượng là 4kg nằm ở đáy của một cái giếng có độ sâu là h mét. Hỏi độ sâu của giếng là bao nhiêu?

Đáp số: Độ sâu của giếng là 5m

Bài 5: 20g là khối lượng của một hòn bi đang trong trạng thái được ném thẳng lên phía trên một phương vuông góc với mặt đất bằng một vận tốc là 4m/s. Biết rằng độ dài khoảng cách từ vị trí bắt đầu ném đến mặt đất bằng 1,6m. Hỏi:

a, Xét với hệ quy chiếu là mặt đất, tại thời điểm ném hòn bi thì giá trị động năng, thế năng và cơ năng của vật bằng bao nhiêu?

b, Hòn bi có thể được ném lên cao nhất bao nhiêu mét so với mặt đất?

c, Muốn cho thế năng và động năng của hòn bi bằng nhau thì vị trí của hòn bi phải ở đâu?

d, Hòn bi có thể được ném lên cao nhất một độ cao bằng bao nhiêu nếu xuất hiện một lực cản có độ lớn là 5N?

Bài 6: Ở vị trí cách mặt đất một khoảng bằng 20m, người ta đặt một vật trong trạng thái rơi tự do. Biết rằng gia tốc tự do được cho bằng \(g=10m/s^2\), tính:

a, Nếu vật trong trạng thái vừa chạm đất thì lúc đó, vật có vận tốc bằng bao nhiêu?

b, Muốn cho động năng của vật bằng với thế năng thì vị trí của vật cách mặt đất bao nhiêu mét?

c, Khi vật đi qua một vị trí mà giá trị động năng gấp ba lần giá trị của thế năng. Độ dài khoảng cách từ điểm này so với mặt đất là bao nhiêu?

d, Sau khi vật chạm đến mặt đất thì di chuyển được thêm một quãng đường. Hỏi trên quãng đường ấy, vật di chuyển với một vận tốc là bao nhiêu?

Xem thêm một số bài về Cơ năng Vật lý 10 >>> Giải bài tập sách giáo khoa bài 27 Vật lý 10 Cơ năng

Với bài viết cơ năng vật lý 10, Cunghocvui đã đem đến cho các bạn bài tổng hợp lý thuyết và các dạng bài tập về định luật bảo toàn cơ năng của một vật trong trọng trường đầy đủ và chi tiết nhất, Nếu có đóng góp hay thắc mắc gì về bài viết Vật lý 10 Cơ năng, hãy để lại comment dưới phần bình luận nhé!