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.
