Giáo án Vật Lí Lớp 10 - Bài 26: Động năng

ĐỘNG NĂNG 1. Động năng Động năng Wđ của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là dạng năng lượng mà vật đó có được do nó đang chuyển động và được xác định theo công thức: Wđ = mv2 - Trong đó: Wđ: động năng của vật (J). m: khối lượng của vật (kg). : tốc độ của vật (m/s). Đơn vị của động năng là jun (J). Công thức tính khối lượng và tốc độ của vật: và . Chú ý: Động năng là đại lượng vô hướng không âm hay luôn luôn dương (Wđ>0 hay Wđ =0). 2. Công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng Trong trường hợp vật đang chuyển động dưới tác dụng của lực F từ vị trí có động năng 12m v12 đến vị trí có động năng 12m v22, thì công do lực F sinh ra  được tính theo công thức:                    A = Wđ2-Wđ1 = mv - mv DWđ =Wđ2-Wđ1=ANgoại lực hay Nhớ kỹ: là tổng tất cả các lực tác dụng lên vât. Động năng biến thiên khi có công của ngoại lực tác dụng lên vật. Tổng đại số công của ngoại lực tác dụng lên vật bằng độ biến thiên động năng của vật. Xe lên dốc chịu tác dụng của 3 lực: lực kéo Fk dương, trọng lực P của xe âm (Vì nó có tác dụng cản trở chuyển động) và lực ma sát Fms của mặt đường âm. Xe xuống dốc thì chịu tác dụng của 1 lực: trọng lực P dương (vì nó tạo công có ích cho chuyển động) . Hệ quả: Khi ngoại lực tác dụng lên vật sinh công dương A >0 thì động năng tăng. Ngược lại khi ngoại lực tác dụng lên vật sinh công âm A < 0 thì động năng giảm. VD1: Một viên đạn có khối lượng 14g bay theo phương ngang với vận tốc 400 m/s xuyên qua tấm gỗ dày 5 cm, sau khi xuyên qua gỗ, đạn có vận tốc 120 m/s. Tính lực cản trung bình của tấm gỗ tác dụng lên viên đạn? Giải 14g = 0,014kg Độ biến thiên động năng của viên đạn khi xuyên qua tấm gỗ. DWđ = 12m v22-12m v12=12m v22- v12=12∙0,014∙1202-4002=-1019,2 J Lực cản trung bình của tấm gỗ tác dụng lên viên đạn: Ta có: Ac = ⇒ Fc.s = =-1019,2⇒ Fc=-1019,20,05=-20384 N ( Dấu trừ để chỉ lực cản). VD2: Một ôtô có khối lượng 1100 kg đang chạy với vận tốc 24 m/s. a) Độ biến thiên động năng của ôtô bằng bao nhiêu khi vận tốc hãm là 10 m/s? b) Tính lực hãm trung bình trên quãng đường ôtô chạy 60m. Giải: Độ biến thiên động năng của ôtô là: DWđ = 12m v22-12m v12=12m v22- v12=12∙1100∙102-242=-261800 J Lực hãm trung bình tác dụng lên ôtô trong quãng đường 60m Ta có: Ac = ⇒ Fc.s =-261800⇒ Fc=-26180060=-4363,3 N (Dấu trừ để chỉ lực hãm). VD3: Một ô tô có khối lượng 2 tấn đang chuyển động trên đường thẳng nằm ngang AB dài 100m, khi qua A vận tốc ô tô là 10m/s và đến B vận tốc của ô tô là 20m/s. Biết độ lớn của lực kéo là 4000N. Tìm hệ số ma sát m1 trên đoạn đường AB. Đến B thì động cơ tắt máy và lên dốc BC dài 40m nghiêng 30o so với mặt phẳng ngang. Hệ số ma sát trên mặt dốc là m2 = . Hỏi xe có lên đến đỉnh dốc C không? Nếu đến B với vận tốc trên, muốn xe lên dốc và dừng lại tại C thì phải tác dụng lên xe một lực có hướng và độ lớn thế nào? Giải 1. Xét trên đoạn đường AB: Các lực tác dụng lên ô tô là: do N+P=0 Theo định lí động năng: AF + Ams ==m ⇒ Fk.sAB – m1mg.sAB = m ⇒4000.100-μ1.2000.10.100=12∙2000∙202-102 ⇒400000-μ1.2000000=150000⇒μ1.2000000=250000⇒μ1=2500002000000=0,125 2. Xét trên đoạn đường dốc BC. Giả sử xe lên dốc và dừng lại tại D. Khi đó vD=0 m/s. Lúc này Fk=0, vật chịu tác dụng của trọng lực (hướng xuống) và lực ma sát. Theo định lí động năng: AP + Ams = =m ⇒-P.h-Fms.sBD.cos300= - m - mg.hBD – μ2mg sBD∙cos30o = - m gsBDsin30o + μ2g sBDcos30o = gsBD (sin30o + μ2cos30o) = => sBD == 2022.10.+ .=33,33(m) Vậy xe không thể lên đến đỉnh dốc C. 3. Tìm lực tác dụng lên xe để xe lên đến đỉnh dốc C. Giả sử xe chỉ lên đến đỉnh dốc: vC = 0, SBC = 40m Khi đó ta có: AFk + Ams + Ap = - m => FksBC - mghBC – μ2mg sBCcos30o = - m => FksBC = mgsBCsin30o + μ2mg sBCcos30o - m ⇒Fk= mgsin30o + μ2mg .cos30o - mvB22sBC => Fk = mg(sin30o + μ2cos30o) - = 2000.10+ . - = 2000N Vậy động cơ phải tác dụng một lực tối thiểu là 2000N thì ô tô mới chuyển động lên tới đỉnh C của dốc. Bài 4: Một xe có khối lượng m =2 tấn chuyển động trên đoạn AB nằm ngang với vận tốc không đổi v = 6km/h. Hệ số ma sát giữa xe và mặt đường là , lấy g = 10m/s2. Tính lực kéo của động cơ. Đến điểm B thì xe tắt máy và xuống dốc BC nghiêng góc 30o so với phương ngang, bỏ qua ma sát. Biết vận tốc tại chân C là 72km/h. Tìm chiều dài dốc BC. Tại C xe tiếp tục chuyển động trên đoạn đường nằm ngang CD và đi thêm được 200m thì dừng lại. Tìm hệ số ma sát trên đoạn CD. Giải Vì xe chuyển động với vận tốc không đổi nên ta có: Fk=Fms=μ.m.g=0,2.2000.10=4000(N) b) Đổi 72km/h = 20m/s, 6km/h = 1,67m/s Theo định lý biến thiên động năng, Ta có: AP= => mghBC = m mgsBCsin30o =m ⇒2mgsBCsin30o = mvC2-vB2 ⇒2gsBCsin30o= vC2-vB2⇒sBC=vC2-vB22gsin30o=202-1,6722.10.12=39,72 m c) Gia tốc trên đoạn CD. Xe chuyển động không đều nên ta có: vD2-vC2=2a.sDC⇒a=vD2-vC22.sDC=02-2022.200=-1m/s2 Mặt khác: Fms=Fk⇒-μ'mg=m.a⇒-μ'g=a⇒μ'=-ag=--110=0,1 BÀI TẬP Bài 1: Nêu định nghĩa và công thức của động năng? Khi nào động năng của vật biến thiên? Khi nào động năng của vật tăng lên? Khi nào động năng của vật giảm đi? Bài 2: Tính động năng của 1 vận động viên có khối lượng 70kg chạy đều hết quãng đường 400m trong thời gian 45s. Bài 3: Một vật khối lượng m = 2kg đang nằm yên trên 1 mặt phẳng ngang không ma sát. Dưới tác dụng của lực nằm ngang 5N, vật chuyển động và đi được 10m. Tính vận tốc của vật ở cuối chuyển dời ấy. Bài 4 : 1 xe ô tô có khối lượng m = 4 tấn đang chạy với vận tốc 36km/h thì lái xe thấy có 1 chướng ngại vật ở cách 10m và đạp phanh. Đường khô, lực hãm phanh 22000N. Xe dừng cách chướng ngại vật bao nhiêu? Đường ướt, lực hãm phanh bằng 8000N. Tính động năng và vận tốc của xe lúc va vào vật chướng ngại. Bài 5: Xây dựng hệ thức liên hệ giữa độ lớn động lượng và động năng của 1 vật khối lượng m đang chuyển động với tốc độ V. Tính động năng của 1 vật khối lượng 100g biết động lượng có độ lớn 10kgm/s. Bài 6: Viết biểu thức xác định động lượng và động năng của 1 vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc. Nêu đơn vị của động lượng và động năng. Áp dụng: Tính động lượng và động năng của viên đạn có khối lượng 10g bay với tốc độ 200m/s.