Chủ đề 1: Cơ học (tiếp theo)

Chủ đề 1: CƠ HỌC (tiếp theo) ! MÁY CƠ ĐƠN GIẢN: Các máy cơ đơn giản thường gặp: - Mặt phẳng nghiêng: Tấm ván dày đặt nghiêng so với mặt nằm ngang, dốc... - Đòn bẩy: Búa nhổ đinh, kéo cắt giấy, - Ròng rọc: Máy tời ở công trường xây dựng, ròng rọc kéo gầu nước giếng, Tác dụng của các máy cơ: Giúp con người di chuyển hoặc nâng các vật nặng dễ dàng hơn. Mặt phẳng nghiêng:Tác dụng của mặt phẳng nghiêng là giảm lực kéo hoặc đẩy vật và đổi hướng của lực tác dụng vào vật. * Để đưa một vật nặng lên cao hay xuống thấp, thông thường ta cần tác dụng vào vật một lực theo phương thẳng đứng và phải tác dụng vào vật lực kéo hoặc đẩy bằng trọng lượng của vật. Nhưng khi sử dụng mặt phẳng nghiêng thì lực tác dụng và vật theo hướng khác và độ lớn nhỏ hơn trọng lượng của vật. *Khi đưa một vật lên cao bằng mặt phẳng nghiêng càng ít so với mặt nằm ngang thì lực cần thiết để kéo hoặc đẩy vật trên mặt phẳng nghiêng đó càng nhỏ. VD: 1) Khi nền nhà cao hơn sân nhà, để đưa xe máy vào trong nhà nếu đưa trực tiếp ta phải khiêng xe, nhưng khi sử dụng mặt phẳng nghiêng ta có thể đưa xe vào trong nhà một cách dễ dàng, bởi vì lúc này ta đã tác dụng vào xe một lực theo hướng khác (không phải là phương thẳng đứng) và có độ lớn nhỏ hơn trọng lượng của xe. 2) Trong thực tế, thùng dầu nặng từ khoảng 100 kg đến 200 kg. Với khối lượng như vậy, thì một mình người công nhân không thể nhấc chúng lên được sàn xe ôtô. Nhưng sử dụng mặt phẳng nghiêng người công nhân đã dễ dàng đưa chúng lên sàn xe. Đòn bẩy: Tác dụng của đòn bẩy là giảm lực kéo hoặc đẩy vật và đổi hướng của lực tác dụng vào vật. - Đòn bẩy có tác dụng làm thay đổi hướng của lực vào vật. Cụ thể, để đưa một vật lêncao ta tác dụng vào vật một lực hướng từ trên xuống. - Dùng đòn bẩy có thể được lợi về lực. Cụ thể, khi dùng đòn bẩy để nâng vật, nếu khoảng cách từ điểm tựa tới điểm tác dụng của lực nâng vật lớn hơn khoảng cách từ điểm tựa tới điểm tác dụng của trọng lực thì lực tác dụng nhỏ hơn trọng lượng của vật. VD: 1. Chiếc kéo dùng để cắt kim loại thường có phần tay cầm dài hơn phần lưỡi kéo để được lợi về lực (cắt kim loại được dễ dàng hơn). 2. Chiếc kéo dùng để cắt giấy thường có phần lưỡi kéo dài hơn phần tay cầm để được lợi về đường đi (cắt giấy được nhanh hơn). Ròng rọc: Tác dụng của ròng rọc: + Ròng rọc cố định (a): giúp làm đổi hướng của lực kéo so với khi kéo trực tiếp. + Ròng rọc động (b): giúp làm lực kéo vật lên nhỏ hơn trọng lượng của vật. Khi sử dụng ròng rọc động thì: Công có ích là công đưa vật lên cao. a) b) Công hao phí là công do ma sát ở ổ trục và công nâng ròng rọc lên. Công toàn phần là công của lực kéo dây. VD: 1. Trong xây dựng các công trình nhỏ, người công nhân dùng ròng rọc cố định để đưa các vật liệu lên cao. Khi dùng ròng rọc, thì người công nhân không phải mang, vác vật liệu lên cao mà chỉ cần đứng tại chỗ để di chuyển chúng. 2. Ở đầu trên của cột cờ (ở sân trường) có gắn 01 ròng rọc cố định. Khi treo hoặc tháo cờ ta chỉ cần đứng tại chỗ để kéo cờ xuống mà không phải trèo lên. 3. Ở đầu móc các cần cẩu hay xe ôtô cần cẩu đều được lắp các ròng rọc động, nhờ đó mà người ta có thể di chuyển một cách dễ dàng các vật rất nặng có khối lượng hàng tấn lên cao với một lực nhỏ hơn trọng lượng của chúng. 2.ĐỊNH LUẬT VỀ CÔNG: không máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về công, được lợi bao nhiêu lần về lực thì lại thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại. VD: 1. Một người kéo một chiếc xe chuyển động trên đường. Lực kéo của người đã thực hiện công. 2. Người lực sĩ cử tạ đỡ quả tạ ở tư thế đứng thẳng, mặc dù rất mệt nhọc nhưng người lực sĩ không thực hiện công. 3. Dùng ròng rọc động được lợi hai lần về lực thì lại thiệt hai lần về đường đi. Không cho lợi về công. 4. Dùng mặt phẳng nghiên đề nâng vật lên cao, nếu được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi. Công thực hiện để nâng vật không thay đổi. *Công thức tính công cơ học: A = F.s Trong đó: A: là công của lực F F: là lực tác dụng vào vật S: là quãng đường vật dịch chuyển theo hướng của lực. Đơn vị của công là Jun, kí hiệu là J, 1J = 1N.1m = 1Nm Ngoài đơn vị Jun, công cơ học còn đo bằng đơn vị ki lô Jun (kJ); 1kJ = 1000J * Điều kiện để có công cơ học: Có lực tác dụng vào vật và quãng đường vật dịch chuyển theo phương của lực. Trong thực tế, ở các máy cơ đơn giản bao giờ cũng có ma sát. Vì vậy công mà ta phải tốn (A) để nâng vật lên bao giờ cũng lớn hơn công (A1) dùng để nâng vật khi không có ma sát, đó là vì phải tốn 1 phần công để thắng ma sát. Công A là công toàn phần. Công A1 là công có ích. Tỉ số gọi là hiệu suất của máy cơ đơn giản, ký hiệu là H: Vì A luôn lớn hơn A1 nên hiệu suất luôn nhỏ hơn 100%. Với mặt phẳng nghiêng cũng vậy. Khi đó: * P : là trọng lượng của vật. * h: là độ cao của mặt phẳng nghiêng. * F: là lực kéo vật theo phương mặt phẳng nghiêng ( thường bằng Fms ). * s: là chiều dài mặt phẳng nghiêng. * A1: là công có ích hay công thực hiện để đưa vật lên. * A2: là công để thắng lực ma sát. * A: là tổng các công hay công toàn phần phải bỏ ra để có thể đưa được vật lên. 3.CÔNG SUẤT: cho ta biết công thực hiện được trong 1 đơn vị thời gian * Số ghi công suất trên các máy móc, dụng cụ hay thiết bị là công suất định mức của dụng cụ hay thiết bị đó. Công suất của 1 máy là 2000W nghĩa là trong 1 giây máy thực hiện với 1 công là 2000 J - Công suất là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh công, được xác định bằng công thực hiện được trong một đơn vị thời gian. - Công thức tính công suất: P - Đơn vị công suất: Nếu A đo bằng J, t đo bằng s thì P = 1J/s (Jun trên giây) Đơn vị công suất J/s gọi là oát(W) 1W = 1J/s; 1kW = 1000W; 1MW = 1000kW = 1000 000W 4.CƠ NĂNG: - Vật có cơ năng khi vật có khả năng thực hiện công cơ học. - Có 2 dạng cơ năng: động năng và thế năng + Động năng: Cơ năng của vật do chuyển động mà có được gọi là động năng. Nếu vật đứng yên thì động năng bằng không. Động năng của vật phụ thuộc vào vận tốc và khối lượng của vật. Vật có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn. +Thế năng: Wt = P.h * Cơ năng của vật có được do vị trí của vật (độ cao) so với mặt đất (hoặc vật chọn làm mốc)gọi là thế năng hấp dẫn . Khi vật nằm trên mặt đất thì thế năng hấp dẫn bằng không . *Thế năng hấp dẫn phụ thuộc vào mốc tính độ cao và khối lượng. Vật có khối lượng càng lớn và càng cao so với mặt đất thì thế năng hấp dẫn càng lớn + Cơ năng của vật có được do vật bị biến dạng đàn hồi gọi là thế năng đàn hồi . Vật bị biến dạng đàn hồi càng nhiều thì thế năng đàn hồi càng lớn . - Cơ năng của một vật bằng tổng thế năng và động năng của nó. - Động năng và thế năng có thể chuyển hoá lẫn nhau nhưng cơ năng được bảo toàn. VD: 0) Nén một lò xo lá tròn và buộc lại bằng một sợi dây không dãn, lúc này lò xo bị biến dạng. Nếu cắt đứt sợi dây, thì lò xo bị bật ra và làm bắn miếng gỗ đặt phía trước lò xo. Như vậy, khi lò xo bị biến dạng thì có cơ năng. Cơ năng của vật đàn hồi bị biến dạng gọi là thế năng đàn hồi. 1) Hai vật đang rơi có khối lượng như nhau. Hói thế năng và động năng của chúng ở cùng một độ cao có như nhau không? Trả lời: Vì hai vật có cùng khối lượng và có cùng độ cao nên thế năng là như nhau, còn vận tốc của hai vật có thể khác nhau (nếu hai vật không được thả rơi ở cùng một độ cao) nên động năng có thể như nhau hoặc khác nhau. 2) Người ta ném một vật theo phương nằm ngang từ một độ cao nào đó cách mặt đất. Thế năng và động năng của vật thay đổi như thế nào từ lúc ném đến lúc vật chạm đất? Bỏ qua sức cản của không khí, cơ năng của vật lúc chạm đất và lúc ném có như nhau hay không? Trả lời:- Thế năng của vật giảm dần (độ cao giảm dần), động năng của vật tăng dần (vận tốc của vật tăng dần) - Cơ năng của vật lúc chạm đất và lúc ném là như nhau (theo định luật bảo toàn cơ năng). 3) Búa đập vào đinh làm đinh ngập sâu vào trong gỗ. Đinh ngập sâu vào gỗ là nhờ năng lương nào? Đó là dạng năng lượng gì? Trả lời:- Đinh ngập sâu vào gỗ nhờ là nhờ năng lượng của búa - Đó là động năng của búa do ta cung cấp. 1. Quả bóng đá rơi: Trong khi quả bóng rơi từ độ cao h đến chạm đất, đã có sự chuyển hoá cơ năng từ thế năng sang động năng. 2. Khi quả bóng nẩy lên từ mặt đất đến độ cao h thì có sự chuyển hoá cơ năng từ động năng sang thế năng. 3. Khi quả bóng rơi xuống thì vận tốc của quả bóng tăng dần và động năng của quả bóng tăng dần, còn độ cao của quả bóng giảm dần và thế năng của quả bóng gảm dần do đó có sự chuyển hoá năng lượng từ thế năng sang động năng, nhưng cơ năng tại một thời điểm bất kì trong khi rơi luôn bằng thế năng ban đầu của quả bóng. VD 1: Con kiến có khả năng kéo một vật có khối lượng 0,0003kg lên cao 1m. Tính công suất của con kiến nếu thực hiện công việc này trong 12 giây. P =? Tóm tắt: Cho: Hỏi: Giải : Để đưa vật lên cao thì độ lớn lực(F) của kiến phải bằng trọng lượng(P) của vật và quãng đường dịch chuyển(s) bằng độ cao (h) đưa vật lên. +Công thực hiện được của con kiến (khi đưa vật lên được độ cao 1m ) là : A = F.s = P.h = 10.m.h = 10.0,0003.1= 0,003 (J) + Công suất của con kiến là : P = = (W) VD 2: Đưa một vật có khối lượng m lên độ cao 20m. Ở độ cao này vật có thế năng 600J. a. Xác định trọng lực tác dụng lên vật. b. Cho vật rơi với vận tốc ban đầu bằng không. Bỏ qua sức cản của không khí. Hỏi khi rơi tới độ cao bằng 5m, động năng của vật có giá trị bằng bao nhiêu? Tóm tắt: Hỏi: Giải: a. Thế năng của vật: Wt = P.h P == Vậy trọng lực tác dụng lên vật là 30N b. Cơ năng của vật lúc đầu: W = Wt = 600 (J ) Khi vật rơi tới độ cao bằng 5m thì thế năng của vật bằng: Wt = P. h2 = 30. 5 = 150 (J ) Theo định luật bào toàn cơ năng thì: Wt + Wđ = W Wđ = W – Wt = 600 – 150 = 450 (J )