Lớp 10Vật Lý

Một vật nằm yên có thể có?

Câu hỏi: Một vật nằm yên có thể có    

A. thế năng     

B. vận tốc            

Bạn đang xem: Một vật nằm yên có thể có?

C. động năng              

D. động lượng

Trả lời:

Phương pháp giải

Sử dụng biểu thức tính các đại lượng:

+ Thế năng: Wt=mgzWt=mgz

+ Động năng: Wd=12mv2Wd=12mv2

+ Động lượng: p=mv

Lời giải 

Ta có, một vật nằm yên => Vận tốc của vật v=0m/sv=0m/s

=> Một vật nằm yên có thể có thế năng (không thể có vận tốc, động lượng hay động năng vì vận tốc của vật bằng 0)

Đáp án cần chọn là: A

Cùng THPT Ninh Châu tìm hiểu thêm về thế năng nhé !

Thế năng là gì?

    Trong trường hợp cung tên, khi cung thủ thực hiện công lên dây cung, kéo dây về phía sau, một số hóa năng trong cơ thể cung thủ được chuyển thành thế năng đàn hồi dự trữ trong dây cung bị uốn. Khi dây được thả, lực tương tác giữa dây và cung thực hiện công lên tên. Thế năng của cung được chuyển hóa thành động năng khiến tên bay đi.

Ký hiệu thường gặp

PE, U, V

Đơn vị SI

joule (J)

Liên hệ với các đại lượng khác

U = m · g · h (thế năng trọng trường)

U = ½ · k · x2 U = ½ · C · V2 (thế năng điện trường)

U = -m · B (thế năng từ trường)

    Thế năng chỉ đơn thuần là một đại lượng trong bộ môn vật lý học. Thể hiện cho khả năng sinh công của các vật và nó tồn tại dưới dạng năng lượng.

Một vật nằm yên có thể có? (ảnh 2)

Hiện nay có hai dạng thế năng là thế năng đàn hồi và thế năng trọng trường. Mỗi loại đều có những đặc điểm riêng để có thể áp dụng và tính toán sao cho phù hợp.

Thế năng trọng trường là gì?

     Thế năng trọng trường đơn thuần nói về trọng trường của một vật. Đây được xem là năng lượng tương tác giữa vật và Trái Đất. Phụ thuộc vào chính vị trí của vật tồn tại trong trọng trường.

    Nếu chọn thế năng của vật được đặt tại mặt đất với khối lượng tương ứng là m. Với độ cao của vị trí tương ứng so với trọng trường trái đất tính là z. Suy ra thế năng sẽ được tính bằng công thức: Wt= m.g.z.

Trong đó:

+ Wt: Thế năng của vật được đặt tại vị trí z (đơn vị Jun (J)).

+ m: Khối lượng của vật (kg)

+ z: Độ cao của vật so với mặt đất.

    Đặc điểm  của thế năng trọng trường chính là đại lượng vô hướng, có thể rơi vào khoảng >0 =0 hoặc <0

    Sự liên kết giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực chính là khi có một vật bắt đầu di chuyển từ vị trí A đến B. Công của trọng lực của vật sẽ được tính bằng hiệu thế năng của trọng trường tại hai vị trí này.

Cụ thể: AAB = Wt (ở A) – Wt (ở B)

   Trong trường hợp vật rơi bởi chính lực hấp dẫn thì sẽ dẫn đến hiện tượng thế năng bị giảm và chuyển thành công để vật rơi tự do.

   Còn trường hợp vật được ném lên từ mốc thế năng. Điều này giúp lực ném chuyển thành công. Cũng như cản trở trọng lực đến khi trọng lực giúp vật rơi tự do.

Thế năng đàn hồi là gì?

    Như mọi người cũng đã biết, khi một vật có khả năng bị biến dạng do một tác động nào đó đều có thể sinh công. Đây được xem là một dạng năng lượng được gọi với cái tên là thế năng đàn hồi. Để có thể tính được dạng thế công này. Trước tiên mọi người phải tính được công của lực đàn hồi trước.

   Khi xét một lò xo có chiều là là l0 với độ cứng đàn hồi tính bằng k. Một đầu cố định một đầu gắn vào vật tiến hành kéo ra một đoạn cố định là Δl. Khi đó, lực của đàn hồi sẽ bắt đầu xuất hiện trực tiếp lò xo tác động vào vật đưa vào công thức:

   Khi tính toán được lực đàn hồi, mọi người có thể tính được thế năng lực đàn hồi của một vật chịu tác dụng dựa vào công thức sau: Wđh= 0.5.k.x2

Trong đó:

+ Wđh chính là thế năng đàn hồi có đơn vị là J

+ k: Độ cứng của lò xo (N.m)

+ x: Độ biến dạng của lò xo (m)

Ví dụ 1: một lò xo nằm ngang với độ cứng k = 250 N/m, tác dụng trực tiếp khiến lò xo bị dãn ra khoảng 2cm. Lúc này, thế năng đàn hồi của nó sẽ tính bằng 0.5.250. (200-2)2 = 0.05 (j).

Ví dụ 2: Thanh lò xo nằm ngang với chiều dài k là 250N/m, lò xo bị kéo dãn 2cm vậy lúc này thì công của lực đàn hồi là bao nhiêu?

Giải:

A = Wt2 – Wt1 = 0.5.250. (0.042 – 0.022) = 0.15 (j)

Lúc này công cần tìm sẽ bằng A’ = -A = -0.15 (J)

Ví dụ 3: Nếu thế năng của vật tính được bằng 2kg, vật nằm dưới đáy giếng sâu khoảng 10m, g = 10m/s2. Lúc này gốc thế năng tại mặt đất là bao nhiêu?

Giải: A = Wt – Wt0 è Wt = m.g.z = 2.10. (-10) = -200 (J)

    Dựa vào những ví dụ trên thì tùy thuộc vào mỗi yêu cầu đưa ra sẽ phải áp dụng những công thức khác nhau để có thể tính toán chính xác. Chỉ cần biết một số dữ liệu thì các dữ liệu khác đưa ra hoàn toàn có thể tính toán được.

Thế năng tĩnh điện là gì?

   Đây được xem là một lực bảo toàn dưới dạng tĩnh điện. Được tính dựa vào công thức φ = q V. Trong đó, q là điện thế và V là điện tích của vật xác định được.

   Để có thể tính được q và V thì mọi người cần phải áp dụng hai công thức sau: F = q E

   Trên đây là tổng hợp những thông tin giúp mọi người hiểu rõ hơn về thế năng là gì? Tùy thuộc vào mỗi loại thế năng khác nhau để mọi người có thể đưa ra phương pháp tính toán chính xác nhất.

   Tuy nhiên, đây chỉ là những cách tính đơn giản dựa trên công thức. Ngoài ra sẽ có nhiều bài toán vật lý phức tạp hơn khi tính thế năng. Mà mọi người cần phải vận dụng nhiều công thức khác nhau để đưa ra được kết quả chính xác nhất.

 Phương pháp & Ví dụ

– Thế năng trọng trường:

W= mgz

– Độ giảm thế năng bằng công của trọng lực:

Ap = ΔWt = mgz1 – mgz2

– Thế năng đàn hồi:

Một vật nằm yên có thể có? (ảnh 3)

Bài tập vận dụng

Bài 1: Một xe có khối lượng m = 2,8 kg chuyển động theo quỹ đạo cong như hình vẽ. Độ cao của các điểm A, B, C, D, E được tính đối với mặt đất và có các giá trị: hA = 6 m, hB = 3 m, hC = 4 m, hD = 1,5 m, hE = 7 m. Lấy g = 10 m/s2.

Một vật nằm yên có thể có? (ảnh 4)

Tính độ biến thiên thế năng của xe trong trọng lượng khi nó di chuyển:

a. Từ A đến B.

b. Từ B đến C.

c. Từ A đến D.

d. Từ A đến E.

Hướng dẫn:

a. Từ A đến B:

ΔWt = m.g.(hB– hA ) = 2,8.10.(3-6)= -84J

b. Từ B đến C:

ΔWt = m.g.(hC – hB ) = 2,8.10.(4-3)= 28J

c. Từ A đến D:

ΔWt = m.g.(hD – hA ) = 2,8.10.(1,5-6)= -126J ⇒ thế năng giảm.

d. Từ A đến E:

ΔWt = m.g.(hE – hA ) = 2,8.10.(7-6) = 28J

Bài 2: Một vật có khối lượng 3 kg được đặt ở vị trí trong trọng trường và có thế năng tại đó Wt1 = 500 J. Thả vật rơi tự do đến mặt đất có thế năng Wt2 = -900 J.

a. Hỏi vật đã rơi từ độ cao nào so với mặt đất.

b. Xác định vị trí ứng với mức không của thế năng đã chọn.

c. Tìm vận tốc của vật khi vật qua vị trí này.

Hướng dẫn:

Một vật nằm yên có thể có? (ảnh 5)

    Theo đề bài có thế năng tại mặt đất là -900J => Mặt đất không được chọn làm mốc thế năng

Giả sử mốc thế năng được chọn tại vị trí O cách mặt đất độ cao là h2 (m)

Chọn chiều dương hướng lên trên.

Một vật nằm yên có thể có? (ảnh 6)

=> Mặt đất thấp hơn mốc thế năng 30m theo chiều âm.

Tại vị trí có Wt1 = 500J ở độ cao so với mốc thế năng là

Một vật nằm yên có thể có? (ảnh 7)

=> Tổng độ cao của vật so với mặt đất là h = h1 + h2 = 30 + 17 = 47(m)

b. Vị trí ứng với mốc thế năng chọn là 17(m)

c. Vận tốc tại vị trí chọn mốc thế năng

Một vật nằm yên có thể có? (ảnh 8)

Bài 3: Một vật có khối lượng m = 6 kg được đặt ở một vị trí trong trọng trường và có thế năng tại vị trí đó bằng Wt1 = 720 J. Thả tự do cho vật rơi tới mặt đất, tại đó thế năng của vật bằng Wt2 = – 240 J. Lấy g = 10 m/s2.

a. Hỏi vật đã rơi từ độ cao nào so với mặt đất?

b. Hãy xác định gốc thế năng đã được chọn ở đâu.

c. Tìm vận tốc vật khi đi qua vị trí gốc thế năng.

Hướng dẫn:

Một vật nằm yên có thể có? (ảnh 9)

Theo đề bài có thế năng tại mặt đất là -240J => Mặt đất không được chọn làm mốc thế năng

Giả sử mốc thế năng được chọn tại vị trí O cách mặt đất độ cao là h2 (m)

Chọn chiều dương hướng lên trên.

Một vật nằm yên có thể có? (ảnh 10)

Bài 4: Một cần cẩu nâng một thùng hàng có khối lượng 420 kg từ mặt đất lên độ cao 3 m ( tính theo di chuyển khối tâm của thùng), sau đó đổi hương và hạ thùng này xuống sàn một ôtô tải ở độ cao 1,25 m so với mặt đất.

a. Tìm thế năng của thùng trong trọng trương khi ở độ cao 3 m. Tính công của lực phát động ( lực căng của dây cáp) để nâng thùng hàng lên độ cao này.

b. Tìm độ biến thiên thế năng khi hạ thùng từ độ cao 3 m xuống sàn ôtô. Công của trọng lực có phụ thuộc cách di chuyển thùng giữa hai vị trí đó hay không? Tại sao?

Hướng dẫn:

a. Thế năng của thùng: Wt = mgz = 420.10.3 = 12600 (J).

Coi thùng được nâng đều, lực phát động có độ lớn bằng trọng lực. Độ giảm thế năng bằng công của trọng lực:

Wt – 0 = – AP.

Công của lực phát động: AF = – AP = Wt = 12600 (J).

b. Độ biến thiên thế năng khi hạ thùng xuống sàn ôtô:

W = W2 – W1 = mg(h2 – h1 ) = 420.10.(1,25-3) = -7350 (J)

Trong trường hợp này thế năng giảm.

    Công của trọng lực không phụ thuộc vào cách di chuyển thùng giữa hai vị trí vì trọng lực là lực thế, công của nó chỉ phụ thuộc vào mực chênh lệch độ cao giữa hai vị trí đầu và cuối mà không phụ thuộc vào dạng đường đi.

Bài 5: Một người đứng yên trên cầu ném một hòn đá có khối lượng 50 g lên cao theo phương thẳng đứng. Hòn đá lên đến độ cao 6 m (tính từ điểm ném) thì dừng và rơi trở xuống mặt nước thấp hơn điểm ném 2 m.

1) Tìm thế năng của vật trong trọng trường ở vị trí cao nhất nếu chọn:

a. Điểm ném vật làm mốc.

b. Mặt nước làm mốc.

2) Tính công do trọng lực thực hiện khi hòn đá đi từ điểm ném lên đến điểm cao nhất và khi nó rơi từ điểm cao nhất tới mặt nước. Công này có phụ thuộc vào việc chọn hai mốc khác nhau ở câu 1 hay không?

Hướng dẫn:

1) Chọn trục tọa độ Oy hướng thẳng đứng từ dưới lên.

a. Điểm ném làm mốc, vị trí cao nhất có tọa độ h = 6 m.

⇒ Wt = mgh = 2,94 (J).

b. Mặt nước làm mốc, vị trí cao nhất có tọa độ:

h’ = h + 2 = 6 + 2 = 8 m.

Wt’ = mgh’ = 3,92 (J).

2)

– Công do trọng lực thực hiện khi vật chuyển động từ điểm ném đến vị trí cao nhất:

   + Điểm ném làm mốc: A12 = Wt1 – Wt2 = 0 – 2,94 = -2,94 (J).

   + Mặt nước làm mốc: A12 = W ‘t1 – W ‘t = (0 + 0,98)- 3,92 = – 2,94 (J).

    Ta nhận thấy công của trọng lực không phụ thuộc vào việc chọn gốc toạn độ mà chỉ phụ thuộc mức chênh lệch giữa hai độ cao. Dấu trừ chứng tỏ trọng lực thực hiện công âm khi vật di chuyển từ thấp lên cao.

– Công do trọng lực thực hiện khi vật rơi từ điểm cao nhất tới mặt nước:

   + Điểm ném làm mốc: A23 = Wt2 – Wt3 = 2,94 – (0-0,98) = 3,92 (J).

   + Mặt nước làm mốc: A23 = W ‘t2– W ‘t3 = 3,92 – 0 = 3,92 (J).

    Như vậy, trọng lực thực hiện công dương (không phụ thuộc mốc được chọn) khi vật chuyển động từ vị trí cao xuống thấp.

Đăng bởi: THPT Văn Hiến

Chuyên mục: Lớp 10,Vật Lý 10

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button