Công cơ học là gì? Công thức tính công cơ học? Lấy ví dụ?

1. Công cơ học là gì?

Công cơ học là công của lực khi một vật tác dụng lực và lực này sinh ra công. Công cơ học còn thường được gọi tắt là công.

Theo đó, công cơ học chỉ dùng trong các trường hợp có lực một nguồn lực tác dụng vào vật làm cho vật chuyển động. Công cơ học là hành động thực hiện trên một đối tượng, khi ấy gây ra một lực làm dịch chuyển đối tượng đó.

Công cơ học chia thành hai phần chính:

– Công cơ học cổ điển (Classical Mechanics): Cũng được gọi là cơ học Newtonian, dựa trên công thức và phương trình mà Sir Isaac Newton đã phát triển. Công cơ học cổ điển áp dụng rộng rãi cho các đối tượng có vận động chậm so với tốc độ ánh sáng và kích thước không quá lớn so với các quy mô người.

– Công cơ học hiện đại (Modern Mechanics): Bao gồm cả cơ học cổ điển và các khía cạnh của cơ học lượng tử (quantum mechanics) và cơ học tương đối (relativity). Cơ học lượng tử mô tả hành vi của các hạt nhỏ, trong khi cơ học tương đối của Albert Einstein mô tả các hiện tượng ở tốc độ gần với tốc độ ánh sáng.

2. Công thức tính công cơ học:

Khi có một lực F tác dụng lên vật, vật sau đó di chuyển một quãng đường là s, thì chúng ta có công thức tính công cơ học như sau:

A = F.s

Trong đó:

F là lực tác dụng vào vật (đơn vị Niutơn: N)

s là quãng đường vật dịch chuyển (m)

A là công của lực F(N.m)

Đơn vị công là Jun (kí hiệu là J) 1J = N.m

Ngoài ra, chúng ta cũng hay dùng bội số của Jun là kilojun (kí hiệu là kj) 1kj = 1000J

Lưu ý: 

– Công thức trên chỉ đúng khi vật chuyển dời theo phương của lực.

– Nếu vật chuyển dời theo phương vông góc với phương của lực thì công của lực đó bằng 0.

– Nếu vật chuyển dời không theo phương của lực thì công được tính theo công thức khác.

3. Lấy ví dụ về công cơ học:

Để hình dung rõ hơn về công cơ học, dưới đây chúng tôi xin đưa ra một số ví dụ minh họa về công cơ học như sau:

– Đầu tàu hỏa kéo các toa tàu chuyển động, lúc này đầu tàu thực hiện công cơ học.

– Con trâu đang kéo một cái cày dịch chuyển.

– Một người đang leo núi.

– Khi bạn nhấc một chiếc túi xách từ dưới đất lên.

4. Công cơ học phụ thuộc vào yếu tố nào?

Dựa trên công thức tính công cơ học, có thể thấy công cơ học phụ thuộc vào hai yếu tố đó là: Lực tác dụng vào vật và quãng đường vật dịch chuyển.

– Lực tác dụng vào vật. Đối với từng trường hợp thì có sự khác nhau giữa các lực tác dụng. Khi thì là lực kéo, khi thì lực đó lại là trọng lực (Ví dụ: Quả táo bị rơi từ trên cây xuống thì lực thực hiện công lúc này là trọng lực).

– Quãng đường vật dịch chuyển

Nếu muốn tăng hay giảm công, người ta sẽ cần tăng hoặc giảm một trong hai yếu tố này. Hoặc có trường hợp tăng, giảm cả hai yếu tố cùng lúc tùy theo mục đích. Ta cũng có thể nói, quãng đường dịch chuyển càng dài thì công thực hiện càng lớn và ngược lại. Trong các trường hợp có công có học, ta cần tìm ra lực nào đã thực hiện công đó.

5. Một số bài tập về công cơ học:

5.1. Bài tập sách giáo khoa:

Câu C1 trang 46 SGK Vật Lý 8: Quan sát các hiện tượng và cho biết, từ các trường hợp trên, em cho biết khi nào thì có công cơ học nào?

Trả lời: Khi có lực tác dụng vào vật làm vật chuyển dời theo phương không vuông góc với phương trình của lực thì có công cơ học. Do đó, cả hai trường hợp đều có công cơ học.

Câu C2 trang 46 SGK Vật Lý 8: Tìm từ thích hợp điền vào chỗ trống cho các kết luận sau:

– Chỉ có “công cơ học” khi có  (1) tác dụng vào vật làm cho vật (2) theo phương vuông góc với phương của lực.

Trả lời: Chỉ có “công cơ học” khi có lực tác dụng vào vật chuyển dời theo phương vuông góc với phương của lực.

Câu C3 trang 47 SGK Vật lý 8: Trong những trường hợp dưới đây, trường hợp nào có công cơ học?

a) Người thợ mỏ đang đẩy làm cho xe gòng chở than chuyển động.

b) Một học sinh đang ngồi học bài.

c) Máy xúc đất đang làm việc

d) Người lực sĩ đang nâng quả tạ từ thấp lên cao.

Trả lời: 

– Các trường hợp có công cơ học là a), c), d)

– Vì ở cả ba trường hợp đều có một lực tác dụng lên vật làm cho vật chuyển dời (tương ứng là: xe gòng chuyển động, máy xúc chuyển động và quả tạ chuyển động).

Câu C4 trang 47 SGK Vật lý 8: Trong các trường hợp dưới đây, lực nào thực hiện công cơ học?

a) Đầu tàu hỏa đang kéo đoàn tàu chuyển động

b) Quả bưởi rơi từ trên cây xuống

c) Người công nhân dùng ròng rọc cố định kéo vật nặng lên cao

Trả lời:

a) Lực kéo của đầu tàu thực hiện công

b) Trọng lực thực hiện công

c) Lực kéo của người công nhân thực hiện công.

Câu C5 trang 48 SGK Vật Lý 8: Đầu tàu hỏa kéo toa xe với lực F = 5000N làm toa xe đi được 1000m. Tính công của lực kéo của đầu tàu.

Trả lời:

Công của lực kéo là:

A = F.s = 5000.1000 = 5000000J = 5000kJ

Câu C6 trang 48 SGK Vật lý 8: Một quả dừa có trọng lượng 2kg rơi từ trên cây cách mặt đất 6m. Tính công của trọng lực?

Trọng lực của quả dừa P = m.g = 2.10 = 20N

Công của trọng lực là A = P.h = 20.6 = 120J

Câu C7 trang 48 SGK Vật lý 8: Tại sao không có công cơ học của trọng lực trong trường hợp hòn bi chuyển động trên mặt sàn nằm ngang?

Trả lời: Trọng lực theo phương thẳng đứng luôn vuông góc với phương chuyển động của hòn bi nên không có công cơ học trong trường hợp đó.

5.2. Bài tập sách bài tập:

Bài 13.1 (trang 37 Sách bài tập Vật Lí 8) Một nhóm học sinh đẩy một xe chở đất đi từ A đến B trên một đoạn đường bằng phẳng nằm ngang. Tới B họ đổ hết đất trên xe xuống rồi lại đẩy xe không đi theo đường cũ về A. So sánh công sinh ra ở lượt đi và lượt về. Câu trả lời nào sau đây là đúng?

A. Công ở lượt đi bằng công ở lượt về vì đoạn đường đi được như nhau.

B. Công ở lượt đi lớn hơn vì lực kéo ở lượt đi lớn hơn lực kéo ở lượt về.

C. Công ở lượt về lớn hơn vì xe không thì đi nhanh hơn.

D. Công ở lượt đi nhỏ hơn vì kéo xe nặng thì đi chậm hơn.

Lời giải:

Chọn B

Khi lượt đi xe chở đất nên công ở lượt đi lớn hơn vì lực kéo ở lượt đi lớn hơn lực kéo ở lượt về xe không có đất.