Bài giảng vật lí đại cương A1 - Chương 4: Công và năng lượng - Nguyễn Thị Ngọc Nữ

TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 1 VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG A1 ĐẠI HỌC Chƣơng 4 CÔNG VÀ NĂNG LƢỢNG Giảng viên: TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ NỘI DUNG §4.4 – CƠ NĂNG. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG §4.1 – CÔNG §4.5 – GIẢI BÀI TOÁN BẰNG PH ƢƠNG PHÁP NĂNG LƢỢNG §4.3 – NĂNG LƢỢNG §4.2 – CÔNG SUẤT 1 – Định nghĩa §4.1 – CÔNG dA Fdscos Fd s Fd r            )s( zyx )s()s()s( dzFdyFdxFrdFsdFcosFdsA  F  Đơn vị: Jun (J) • Nếu F là lực thế: Fx=f(x), Fy=g(y), Fz=h(z) 22 2 1 1 1 yx z 12 x y z x y z A F dx F dy F dz     TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 2 §4.1 – CÔNG. • Nếu F=const,  = const :  F  • Nếu  = 900 thì A = 0. • Nếu  0: công phát động. • Nếu  > 900 thì A < 0: công cản. A F.s.cos  §4.1 – CÔNG ( ) ms s A F ds   a – Công của lực ma sát: )xx(k 2 1 A 22 2 1  1 2 x ? x ? b – Công của lực đàn hồi: .msA F s  Lực đàn hồi là lực thế. Nếu constmsF  2. Công của lực ma sát, đàn hồi, hấp dẫn §4.1 – CÔNG ) r 1 r 1 (mGmA 12 21  • Công của trọng lực: )hh(mgA 21  1 2 h ? h ? 1 2 r ? r ? c – Công của lực hấp dẫn: Lực hấp dẫn, trọng lực là những lực thế. TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 3 §4.1 – CÔNG 3. Công của lực trong chuyển động quay t t FdA Fds FRd M d    2 1 FA M d     FA M Nếu constFM  §4.2 – CÔNG SUẤT dA p dt  Công suất trung bình: 1 – Định nghĩa tb A p t  Công suất tức thời: Đơn vị: oát (W) Lƣu ý: 1kWh = 3,6.106 J 1hP = 736 W Đơn vị công: 2 – Quan hệ giữa công suất, lực và vận tốc: p F.v Fvcos      p M  Công suất trong chuyển động quay: §4.2 – CÔNG SUẤT TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 4 §4.2 – NĂNG LƢỢNG 1 – Khái niệm năng lƣợng: Năng lƣợng là thuộc tính cơ bản của vật chất, đặc trƣng cho mức độ vận động của vật chất. Đơn vị: jun (J). Theo Einstein: với c = 3.108m/s E = mc2 2 – Định luật bảo toàn năng lƣợng: Năng lƣợng không tự sinh ra và cũng không tự mất đi, mà chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác, hoặc truyền từ vật này sang vật khác, còn tổng năng lƣợng không thay đổi. §4.2 – NĂNG LƢỢNG §4.2 – NĂNG LƢỢNG Độ biến thiên năng lƣợng trong một quá trình nào đó bằng công mà hệ nhận đƣợc hoặc sinh ra trong quá trình đó. 3 - Quan hệ giữa năng lƣợng và công: 2 1– E E A TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 5 2mv 2 1 E  ñ 1 – Động năng của chất điểm, vật rắn Động năng của một chất điểm: Động năng của một hệ chất điểm: 2 đ i i i 1 E m v 2   §4.3. CƠ NĂNG. ĐL BẢO TOÀN CƠ NĂNG Động năng của vật rắn: - Động năng tịnh tiến: - Động năng quay: - Động năng toàn phần: 2 tt 1 E mv 2  2 q 1 E I 2   2 2 đ tt q G G 1 1 E E E mv I 2 2      §4.3. CƠ NĂNG. ĐL BẢO TOÀN CƠ NĂNG 2 – Định lí động năng  löïc ngoaïiñ1ñ2ñ AEEE Độ biến thiên động năng của một vật, hệ vật thì bằng tổng công của các ngoại lực tác dụng vào vật, hệ vật đó. §4.3. CƠ NĂNG. ĐL BẢO TOÀN CƠ NĂNG TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 6 Et(M) – Et(N) = AMN 3 – Khái niệm thế năng. Quan hệ giữa thế năng và lực thế Thế năng của chất điểm trong trƣờng lực thế là hàm Et(x,y,z), sao cho: Chú ý: Thế năng không xác định đơn giá. §4.3. CƠ NĂNG. ĐL BẢO TOÀN CƠ NĂNG a – Khái niệm thế năng Dạng tích phân: t t MN Fd s E (M) E (N)     b – Quan hệ giữa thế năng và lực thế: (C) Fd s 0     t M M E (M) A Fd s       Chọn gốc thế năng ở vô cùng (Et(∞)=0) thì: Tổng quát: tE Fd s C Fd r C            t x t y t z E F x E F y E F z                Dạng vi phân:  F hƣớng theo chiều giảm của thế năng §4.3. CƠ NĂNG. ĐL BẢO TOÀN CƠ NĂNG TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 7 4 – Các dạng thế năng: a) Thế năng đàn hồi: Ckx 2 1 E 2t  x: độ biến dạng của lò xo C = 0 khi gốc thế năng ở vị trí lò xo không biến dạng x §4.3. CƠ NĂNG. ĐL BẢO TOÀN CƠ NĂNG b) Thế năng hấp dẫn: t 1 E GMm C r    r: k/c từ m tới M. C = 0 khi gốc thế năng ở vô cùng §4.3. CƠ NĂNG. ĐL BẢO TOÀN CƠ NĂNG c) Thế năng của trọng lực: CmghEt  h: độ cao từ m tới mặt đất. C = 0 khi gốc thế năng ở mặt đất. §4.3. CƠ NĂNG. ĐL BẢO TOÀN CƠ NĂNG TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 8 Cơ năng: E = Eđ + Et Định luật bảo toàn cơ năng: Khi vật chuyển động chỉ dƣới tác dụng của trƣờng lực thế, cơ năng của nó đƣợc bảo toàn. d tE E E const   5– Định luật bảo toàn cơ năng §4.3. CƠ NĂNG. ĐL BẢO TOÀN CƠ NĂNG • Định lí động năng dùng trong mọi trƣờng hợp. • Định luật bảo toàn cơ năng: áp dụng khi lực tác dụng lên vật chỉ là lực thế. • Khi có ma sát hoặc các lực không phải lực thế: độ biến thiên cơ năng bằng tổng công của các lực không thế. Điều kiện áp dụng: §4.4– PHƢƠNG PHÁP NĂNG LƢỢNG