I. Động năng
Động năng của vật là năng lượng vật có được do chuyển động.
Công thức: \({{\rm{W}}_{\rm{đ}}} = \dfrac{1}{2}m{v^2}\)
trong đó: m là khối lượng của vật, v là vận tốc chuyển động của vật, Wđ là động năng của vật.
Đơn vị trong hệ SI là Jun (J)
- Mối liên hệ giữa động năng và công của lực:
+ Xét vật có khối lượng m chuyển động thẳng biến đổi đều với gia tốc a từ trạng thái đứng yên dưới tác dụng của lực F không đổi. Sau khi đi được quãng đường s thì vận tốc là v thì: \({v^2} = 2{\rm{as}}\)
+ Ta có \(a = \dfrac{F}{m} \Rightarrow {v^2} = \dfrac{{2F{\rm{s}}}}{m}\) và \(\dfrac{1}{2}m{v^2} = F{\rm{s}}\)
\( \Rightarrow {W_đ} = A\)
Nếu ban đầu vật đứng yên, thì động năng của vật có giá trị bằng công của lực tác dụng lên vật.
- Đặc điểm:
+ Động năng phụ thuộc vào khối lượng của vật và tốc độ chuyển động của vật
+ Là đại lượng vô hướng, không âm.
+ Có giá trị phụ thuộc vào hệ quy chiếu.
II. Thế năng
- Khái niệm: Thế năng của vật trong trường trọng lựclà năng lượng lưu trữ trong vật do độ cao của vật so với gốc thế năng.
- Công thức:
\({{\rm{W}}_t} = mgh\)
với Wt là thế năng của vật, h là độ cao của vật so với mốc, g là gia tốc trọng trường và m là khối lượng của vật.
- Đơn vị của thế năng là Jun (J)
- Lưu ý:
+ Để xác định thế năng ta cần chọn gốc thế năng mà tại đó thế năng bằng 0
+ Khi chọn gốc tọa độ trùng với gốc thế năng và chiều dương hướng lên thì vị trí trên gốc thế năng có giá trị h > 0 và vị trí phía dưới gốc thế năng có giá trí h < 0.
+ Độ biến thiện thế năng giữa hai vị trí không phụ thuộc vào việc chọn gốc thế năng.
- Liên hệ giữa thế năng và công của lực thế
Đưa vật khối lượng m từ mặt đất đến độ cao h, ta phải tác dụng bào vật lực nâng F có độ lớn bằng trọng lượng của vật.
Công mà lực F thực hiện được là:
\(A = F{\rm{s}} = Ph = mgh = {{\rm{W}}_t}\)
Thế năng của vật tại độ cao h có độ lớn bằng công của lực dùng để nâng vật lên đến độ cao này.
III. Cơ năng
- Cơ năng của một vật là tổng động năng và thế năng.
- Khi vật chuyển động trong trường trọng lực, cơ năng có dạng:
\({\rm{W}} = {W_đ} + {{\rm{W}}_t} = \dfrac{1}{2}m{v^2} + mgh\)
- Đơn vị của cơ năng là Jun (J)
Động năng và thế năng có thể chuyển động qua lại với nhau.
Định luật bảo toàn cơ năng:
Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật được bảo toàn.
IV. Hiệu suất
Hiệu suất của động cơ H là tỉ số giữa công suất có ích và công suất toàn phần của động cơ, đặc trưng cho hiệu quả làm việc của động cơ.
\(H = \dfrac{{{{\rm P}'}}}{{\rm P}}.100\% \)
với P là công suất toàn phần của động cơ, P’ là công suất có ích.
Khi đó, có: \(\Delta {\rm P} = {\rm P} - {\rm P}'\) gọi là công suất hao phí của động cơ.
Ngoài ra, hiệu suất còn có thể được tính theo công thức:
\(H = \dfrac{{{A'}}}{A}.100\% \)
với A’ là công có ích và A là công toàn phần ( năng lượng toàn phần )
Khi đó: \(\Delta A = A - {A'}\) gọi là công hao phí của động cơ.
Lưu ý: Hiệu suất của động cơ luôn nhỏ hơn 1, vì không có máy móc nào hoạt động mà không có sự mất mát năng lượng do ma sát, nhiệt và các dạng năng lượng khác.
