Bài 25: Động năng, thế năng

1. Kiến thức trọng tâm

Động năng là năng lượng mà vật có được do chuyển động. Một vật có khối lượng $m$ chuyển động với vận tốc $v$ thì động năng của nó là $W_đ = \frac{1}{2}mv^2$. Động năng là đại lượng vô hướng, luôn không âm và phụ thuộc vào hệ quy chiếu. Khi vận tốc tăng gấp đôi, động năng tăng gấp bốn lần.

Thế năng là năng lượng mà vật có được do vị trí của nó trong trường lực. Thế năng trọng trường của vật có khối lượng $m$ ở độ cao $h$ so với mốc thế năng được chọn là $W_t = mgh$. Nếu vật ở dưới mốc, thế năng mang giá trị âm. Thế năng đàn hồi của lò xo bị biến dạng một đoạn $\Delta l$ là $W_t = \frac{1}{2}k(\Delta l)^2$, với $k$ là độ cứng của lò xo.

Định lí động năng phát biểu: độ biến thiên động năng của vật bằng công của hợp lực tác dụng lên vật, $W_{đ2} - W_{đ1} = A$. Đây là công cụ quan trọng để giải nhiều bài toán.

2. Ví dụ minh họa

Một ô tô khối lượng $1000,kg$ đang chạy với vận tốc $20,m/s$ thì hãm phanh. Tính công của lực hãm để xe dừng hẳn.

Lời giải: Động năng ban đầu: $W_{đ1} = \frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot 20^2 = 200000,J$. Khi xe dừng, $W_{đ2} = 0$. Theo định lí động năng, công của lực hãm là $A = W_{đ2} - W_{đ1} = -200000,J$. Dấu âm cho thấy lực hãm ngược hướng chuyển động.

3. Ghi nhớ

• Động năng: $W_đ = \frac{1}{2}mv^2$.
• Thế năng trọng trường: $W_t = mgh$; thế năng đàn hồi: $W_t = \frac{1}{2}k(\Delta l)^2$.
• Định lí động năng: $W_{đ2} - W_{đ1} = A$.