Lý 10 Bài 25: Động năng

a) Năng lượng

• Mọi vật xung quanh chúng ta đều mang năng lượng. Khi tương tác với các vật khác thì giữa chúng có thể trao đổi năng lượng.

• Sự trao đổi năng lượng có thể diễn ra dưới những dạng khác nhau: Thực hiện công, tuyền nhiệt, phát ra các tia mang năng lượng,…

b) Động năng

- Động năng là dạng năng lượng mà vật có được do nó đang chuyển động.

- Khi một vật có động năng thì vật đó có thể tác dụng lực lên vật khác và lực này thực hiện công.

• Ví dụ thực tế về động năng sinh công.

- Xét vật khối lượng m dưới tác dụng của một lực \(\overrightarrow F \) không đổi và vật chuyển động dọc theo giá của lực:

• Giả sử sau khi đi được quãng đường s vận tốc của vật biến thiên từ giá trị \(\overrightarrow {\,{v_1}} \) đến giá trị \(\overrightarrow {\,{v_2}} \) .

• Ta có : \(a = \frac{F}{m}\) (1) và   \({v_2}^2-{v_1}^2 = 2as\) (2). 

• Từ (1) và (2) suy ra: \(\frac{1}{2}m{v_2}^2 - \frac{1}{2}m{v_1}^2 = F.s = A\)

- Trường hợp vật bắt đầu từ trạng thái nghĩ (\({v_1} = 0\,\)), dưới tác dụng của lực \(\overrightarrow F \), đạt tới trạng thái có vận tốc \({v_2} = v\,\) thì ta có: \(\frac{1}{2}m{v^2} = A\)

• Đại lượng  \(\frac{1}{2}m{v^2}\) biểu thị năng lượng mà vật thu được trong quá trình sinh công của lực \(\overrightarrow F \) và được gọi là động năng của vật.

• Động năng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là năng lượng mà vật đó có được do nó đang chuyển động và được xác định theo công thức: \({W_d} = \frac{1}{2}m{v^2}\)

• Đơn vị của động năng là Jun (J)

- Công thức: \(A = \frac{{mv_2^2}}{2} - \frac{{mv_1^2}}{2}\)

• \(\frac{{mv_1^2}}{2}\) : động năng của vật ở vị trí 1
• \(\frac{{mv_2^2}}{2}\) : động năng của vật ở vị trí 2
• A: công của lực \(\vec F\) tác dụng vào vật làm vật di chuyển từ vị trí 1 đến vị trí 2.

- Công của ngoại lực tác dụng lên vật bằng độ biến thiên động năng của vật.

- Hệ quả: Khi ngoại lực tác dụng lên vật sinh công dương thì động năng tăng. Ngược lại khi ngoại lực tác dụng lên vật sinh công âm thì động năng giảm.

Tính động năng của một vận động viên có khối lượng 70 kg chạy đều hết quãng đường 400 m trong thời gian 45 s.

Hướng dẫn giải

Khối lượng của vận động viên: m = 70kg.

Vận tốc của vận động viên: \(v = \frac{s}{t} = \frac{{400}}{{45}} = \frac{{80}}{9}(m/s)\)

Động năng của vận động viên: \({{\rm{W}}_đ} = \frac{1}{2}m{v^2} = \frac{1}{2}.70.{\left( {\frac{{80}}{9}} \right)^2} = 2765,4(J)\)

Vậy, động năng của vận động viên đó là: \({{\rm{W}}_đ} = 2765,4(J)\)

Một vật khối lượng m = 2 kg đang nằm yên trên một mặt phẳng ngang không ma sát. Dưới tác dụng của lực nằm ngang 5 N, vật chuyển động và đi được 10 m. Tính vận tốc của vật ở cuối chuyển dời ấy.

Hướng dẫn giải

Ban đầu vật đang nằm yên ⇒ v₀ = 0

Vận tốc của vật ở cuối chuyển dời là v₂.

Áp dụng định lý động năng:

\(A = {{\rm{W}}_{đ2}} - {{\rm{W}}_{đ1}}\)
\(\Rightarrow A = \frac{1}{2}m{v_2}^2 - \frac{1}{2}mv_1^2\) (1)

Có công để vật di chuyển: \(A = F.s.\cos \alpha \)

Mà: \(\alpha  = \left( {\vec F,\vec s} \right) = {0^0} \Rightarrow A = F.s\)

Thay số liệu vào (1), ta được:

\( A=F s=\frac{1}{2} m v_{2}^{2}-0 \)
\( \Rightarrow v_{2}^{2}=\frac{2 F s}{m} \)
\( \Rightarrow v_{2}=\sqrt{\frac{2 F s}{m}}=\sqrt{\frac{2.5 .10}{2}}=5 \sqrt{2} \approx 7,07 \mathrm{m} / \mathrm{s} \)

Vậy, vận tốc của chuyển dời là: \( v_{2}\approx 7,07 \mathrm{m} / \mathrm{s} \)

Câu 1: Một vật có khối lượng 0,2 kg được ném thẳng đứng từ mặt đất với vận tốc 10 m/s. Lấy g = 10 m/s². Bỏ qua sức cản. Khi vật đi được quãng đường 8 m thì động năng của vật có giá trị bằng bao nhiêu?

Câu 2: Từ mặt đất, một vật được ném lên thẳng đứng với vận tốc ban đầu 10 m/s. Bỏ qua sức cản không khí. Cho g = 10 m/s². Vị trí cao nhất mà vật lên được cách mặt đất một khoảng bằng bao nhiêu?

Câu 3: Bao lâu sau khi bắt đầu rơi tự do một vật có khối lượng 100 g có động năng bằng 1,5 J? Lấy g = 10 m/s².

Câu 4: Một viên đạn khối lượng m= 100 g đang bay ngang với vận tốc 25 m/s thì xuyên vào một tấm ván mỏng dày 5 cm theo phương vuông góc với tấm vá. Ngay sau khi ra khỏi tấm ván vận tốc của viên đạn bằng 15 m/s. Độ lớn của lực cản trung bình tấm ván tác dụng lên viên đạn bằng bao nhiêu?

Câu 1: Một ô tô khối lượng 4 tấn chuyển động với vận tốc không đổi 54 km/h. Động năng của ô tô tải bằng

A. 450 kJ.

B. 69 kJ.

C. 900 kJ.

D. 120 kJ.

Câu 2: Một chiếc xe khối lượng m có một động cơ có công suất P. Thời gian ngắn nhất để xe tăng tốc từ đứng yên đến vận tốc v bằng

A. mv/P.

B. P /mv.

C. (mv²)/(2P).

D. (mP)/(mv²).

Câu 3: Tìm câu sai. Động năng của một vật không đổi khi

A. chuyển động thẳng đều.

B. chuyển động tròn đều.

C. chuyển động cong đều.

D. chuyển động biến đổi đều.

Câu 4: Tìm câu sai.

A. Động lượng và động năng có cùng đơn vị vì chúng đều phụ thuộc khối lượng và vận tốc của vật.

B. Động năng là một dạng năng lượng cơ học có quan hệ chặt chẽ với công.

C. Khi ngoại lực tác dụng lên vật và sinh công dương thì động năng của vật tăng.

D. Định lí động năng đúng trong mọi trường hợp lực tác dụng bất kì và đường đi bất kì.

Qua bài giảng Động năng này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của động năng (của một chất điểm hay một vật rắn chuyển động tịnh tiến).

• Phát biểu được định luật biến thiên động năng (cho một trường hợp đơn giản).

• Vận dụng được định luật biến thiên động năng để giải bài tập