Tổng hợp định luật bảo toàn năng lượng chuẩn nhất

Bạn cần nhanh chóng tổng hợp kiến thức lý thuyết về định luật bảo toàn năng lượng nhưng có quá nhiều đầu thông tin khiến bạn hoang mang. Cunghocvui sẽ giúp bạn tổng hợp chuỗi kiến thức khó nhằn này, việc bạn cần làm bây giờ là đọc và áp dụng vào bài tập phía dưới để giúp ghi nhớ lâu hơn.

I) Định luật bảo toàn năng lượng của ai?

- Tiền đề là Noether chỉ đưa ra mà không có thí nghiệm chứng minh.

- Năm 1943: James Prescott Joule đã làm thí nghiệm và tìm ra định luật, đây là định luật 1 của nhiệt động lực học.

- Tuy nhiên người thực sự tìm ra định luật này lại là Mayer (1814 - 1878). Ông là một bác sỹ, Phương trình định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng.

II) Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

a) Phát biểu

Năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi, nó chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác.

b) Ví dụ

Thả một viên bi xuống một cái bát thì năng lượng của viên bi là thế năng hấp dẫn. Rơi vào bát viên bi chuyển động quanh thành bát là động năng, bên cạnh đó viên bi cũng phát ra tiếng động là âm năng, ngoài ra viên bi cũng ma sát với thành bát tạo ra nhiệt năng. Vậy nên ta thấy, từ một dạng năng lượng là thế năng đã chuyển thành ba dạng năng lượng khác nhau vừa nêu trên.

III) Bảo toàn năng lượng trong dao động cơ

Năng lượng trong dao động cơ được gọi là cơ năng. Cơ năng bằng tổng động năng và thế năng trong một hệ kín không đổi.

a) Động năng

♦ Khái niệm: Động năng là năng lượng có được từ chuyển động của vật đó.

♦ Công thức tính động năng của một vật rơi tự do: \(W_đ = \frac{1}{2}mv^2\)

Trong đó:

- \(W_đ\): Động năng của vật (J)

- m: Khối lượng của vật (g)

- \(v\): Vận tốc của vật (m/s)

b) Thế năng

♦ Khái niệm: Thế năng là một đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng sinh công của vật.

♦ Công thức tính thế năng của một vật rơi tự do: \(W_t = mgh\)

Trong đó:

- \(W_t\): Thế năng của vật (J)

- m: Khối lượng của vật (g)

- g: Gia tốc của vật (\(m/s^2\))

- h: Độ cao của vật khi rơi tự do (h)

c) Biểu thức bảo toàn cơ năng

\(W = W_{đ1} + W_{t1} = W_{đ2} + W{t2} = \frac{1}{2}mv^2_1 +mgh_1 +\frac{1}{2}mv^2_2 +mgh^2\)

 

Trong đó:

- \(W_{đ1}\): Động năng của vật ở vị trí có vận tốc \(v_1\)

- \(W_{đ2}\): Động năng của vật ở vị trí có vận tốc \(v_2\)

- \(W_{t1}\): Thế năng của vật ở độ cao \(h_1\)

- \(W_{t2}\): Thế năng của vật ở độ cao \(h_2\)

Dựa vào biểu thức ta thấy, ở thời điểm thế năng cực đại thì động năng bằng 0 và ngược lại. Động năng tăng thì thế năng giảm, động năng giảm thì thế năng tăng nhưng tổng động năng và thế năng là một đại lượng không đổi.

IV) Luyện tập: 

Bài tập 1: Một vật nặng 10g, rơi tự do tại độ cao 5m với vận tốc 13km/h. Tìm cơ năng biết \(g=9,8m/s^2\)

Hướng dẫn:

Áp dụng công thức \(\Rightarrow \) W = 554,8 (J)

Bài tập 2: Một vật được ném thẳng đứng lên cao với vận tốc là 20m/s từ độ cao h so với mặt đất. Khi chạm đất vận tốc của vật là 30m/s, bỏ qua sức cản không khí, lấy \(g = 10m/s^2\). Hãy tính độ cao h.

Hướng dẫn: 

Chọn gốc thế năng tại mặt đất (tại A)

Tính cơ năng tại vị trí ném vật (tại O) và cơ năng tại A

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng, ta được: h = 25m

Trên đây là bài viết tổng hợp kiến thức về định luật bảo toàn năng lượng mà bạn cần phải nắm được, hy vọng bài viết trên sẽ giúp bạn không còn hoang mang về chuỗi kiến thức khó nhằn này. Chúc các bạn học tập tốt!