- lý thuyết
- trắc nghiệm
- hỏi đáp
- bài tập sgk
tính công của lực nâng một búa máy có khối lượng là 20 tấn lên cao 120 cm
Các câu hỏi tương tự
Ibaitap: Qua bài [Định nghĩa] [Công thức tính] Công có ích, Công toàn phần và Hiệu suất các máy cơ đơn giản & bài tập tham khảo ôn tập phân biệt công có ích, công toàn phần, công hao phí, công thức tính các loại công và hiệu suất các máy cơ đơn giản và một số bài tập tham khảo.
Trên thực tế ở các loại máy cơ đơn giản luôn tồn tại ma sát vì vậy công mà ta thực hiện phải thắng được ma sát và nâng vật lên.
Ta có:
- Công mà ta thực hiện là Công toàn phần.
- Công nâng vật lên là Công có ích.
- Công để thắng ma sát là Công hao phí.
⇒ Công toàn phần = Công có ích + Công hao phí
II. CÔNG THỨC TÍNH CÔNG CÓ ÍCH, CÔNG TOÀN PHẦN CỦA CÁC LOẠI MÁY CƠ ĐƠN GIẢN
1. Ròng rọc cố định
Đối với ròng rọc cố định, lực kéo F bỏ ra chính bằng lực P của vật, nên ròng rọc cố định chỉ có tác dụng đổi hướng của lực, không có tác dụng thay đổi độ lớn của vật.
Ta có:
F = P\[A_{ích} = P. S_1\]\[A_{tp} = F. S_2\]
Trong đó:
- F: Lực kéo vật [N].
- P: Trọng lượng của vật [N].
- \[A_{ích}\]: Công có ích [J].
- \[A_{tp}\]: Công toàn phần [J].
- \[S_1 , S_2\]: lần lượt là độ cao cần nâng vật và độ dài của dây kéo [m].
2. Ròng rọc động
Nếu sử dụng dòng dọc động, ta sẽ được lợi 2 lần về lực F kéo nhưng sẽ bị thiệt 2 lần về đường đi và ngoài ra sẽ không thể đổi chiều kéo vật.
Ta có:
\[F = \frac{P}{2}\]
\[A_{ích} = P. S_1\]
\[A_{tp} = F. S_2\]
Trong đó:
- F: Lực kéo vật [N].
- P: Trọng lượng của vật [N].
- \[A_{ích}\]: Công có ích [J].
- \[A_{tp}\]: Công toàn phần [J].
- \[S_1 , S_2\]: lần lượt là độ cao cần nâng vật và độ dài của dây kéo [m].
3. Đòn bẩy
Khi dùng đòn bẩy để nâng vật nếu \[l_1 < l_2\] thì \[P > F\] hay nếu \[l_1 > l_2\] thì \[P < F\] [trong đó nếu \[l_1, l_2\] lần lượt là khoảng cách từ điểm tựa tới điểm tác dụng của các lực \[P, \ F\] ].
Vậy nên khi dùng đòn bẩy nếu lợi về lực sẽ thiệt về đường đi và ngược lại nếu lợi về đường đi sẽ thiệt về lực, tùy thuộc vào nhu cầu cần sử dụng.
Ta có:
\[\frac{P}{F} = \frac{l_2}{l_1} \]\[A_{ích} = P. h_1\]\[A_{tp} = F. h_2\]
Trong đó:
- F: Lực kéo vật [N].
- P: Trọng lượng của vật [N].
- \[A_{ích}\]: Công có ích [J].
- \[A_{tp}\]: Công toàn phần [J].
- \[l_1, l_2\] lần lượt là khoảng cách từ điểm tựa tới điểm tác dụng của các lực \[P, \ F\]
- \[h_1 , h_2\]: lần lượt là độ cao cần nâng vật và độ cao của điểm tác động lực [m].
4. Mặt phẳng nghiêng
Khi sử dụng mặt phẳng nghiêng có thể kéo hoặc đẩy vật lên với lực nhỏ hơn so với trọng lượng của vật nên theo định luật về công sẽ thiệt hơn về đường đi, với mặt phẳng nghiêng càng ít thì lực cần để kéo vật trên mặt phẳng đó càng nhỏ.
Ta có:
\[\frac{P}{F} = \frac{l}{h} \]\[A_{ích} = P. h\]\[A_{tp} = F. l = P. h + F_{ms}.l\]
Trong đó:
- F: Lực kéo vật [N].
- P: Trọng lượng của vật [N].
- \[F_{ms}\]: Lực ma sát [N].
- \[A_{ích}\]: Công có ích [J].
- \[A_{tp}\]: Công toàn phần [J].
- l: Chiều dài mặt phẳng nghiêng [m].
- h: Độ cao mặt phẳng nghiêng [m].
III - HIỆU SUẤT CỦA MÁY CƠ ĐƠN GIẢN
Ta có tỉ số giữa công có ích và công toàn phần được gọi là hiệu suất.
Từ đó ta có công thức tính hiệu suất của các máy cơ đơn giản như sau:
\[H = \frac{A_{ích}}{A_{tp}} . 100 \%\]
Trong đó:
- H: Hiệu suất của máy cơ đơn giản.
- \[A_{ích}\]: Công có ích [J].
- \[A_{tp}\]: Công toàn phần [J].
IV. BÀI TẬP THAM KHẢO
Ví dụ: Dùng một mặt phẳng nghiêng để kéo một vật có khối lượng 50kg lên cao 2m. Nếu không có ma sát thì lực kéo là 125 N, trên thực tế có ma sát và lực kế là 175 N. Vậy hiệu suất của mặt phẳng nghiêng đã dùng trên là bao nhiêu?
Lời giải tham khảo:
Ta có trọng lực của vật đã cho là: P = 10. 50 = 500 [N]
Dùng mặt phẳng nghiêng kéo vật lên cao 2m ta cần thực hiện 1 công là:
\[A_{ích} = P. h = 500. 2 = 1000\] [J]
Nếu không có ma sát thì lực kéo là 125 N, nên ta có chiều dài mặt phẳng nghiêng đã cho là:
\[l = \frac{A_{ích}}{F} = \frac{1000}{125} = 8\] [m]
Trên thực tế có ma sát và lực kế là 175 N nên ta có công thực tế [Công toàn phần] là:
\[A_{tp}\] = 175. 8 = 1400 [J]
Hiệu suất của mặt phẳng nghiêng là:
\[H = \frac{A_{ích}}{A_{tp}} . 100 \%\]
= \[\frac{1000}{1400}.100 \%\]
≈ 71,433%
Ở chương trình lớp 8 các em đã biết: Một lực sinh công khi nó tác dụng lên một vật và làm vật chuyển dời một đoạn S theo hướng của lực thì công do lực sinh ra là A = F.s
Trong bài này chúng ta tìm hiểu về khái niệm công trong trường hợp tổng quát? Công suất là gì? Công thức tính Công và Công suất viết thế nào? qua đó vận dụng giải các bài tập về Công và công suất để hiểu rõ hơn về nội dung lý thuyết.
I. Công là gì?
Bạn đang xem: Công và Công Suất, Công thức tính và Bài tập vận dụng – Vật lý 10 bài 24
1. Khái niệm về công
– Một lực sinh công khi nó tác dụng lên một vật và làm vật chuyển dời.
– Dưới tác dụng của lực
2. Định nghĩa về công trong trường hợp tổng quát
– Xét một máy kéo, kéo một cây gõ trượt trên đường bằng một sợi dây căng như hình sau:
– Chỉ có lực thành phần
– Gọi α là góc tạo bởi lực
◊ Vậy công trong trường hợp tổng quát được phát biểu như sau:
– Khi lực
A = F.s.cosα
3. Biện luận
◊ Tùy theo giá trị của cosα ta có các trường hợp sau:
° α nhọn, cosα > 0 ⇒ A > 0: Khi đó A là công phát động
° α = 900, cosα = 0 ⇒ A = 0: Khi điểm đặt của lực chuyển dời theo phương vuông góc với lực thì sinh công A = 0.
° α tù, cosα < 0 ⇒ A < 0: Khi đó A là công cản [công âm].
4. Đơn vị công là gì
– Đơn vị của công là Jun, ký hiệu J;
A = 1N.1m = 1N.m = 1J
– Jun là công do lực có độ lớn 1N thực hiện khi điểm đặt của lực chuyển dời 1m theo hướng của lực.
5. Chú ý
– Các công thức tính công chỉ đúng khi điểm đặt của lực chuyển dời thẳng và lực không đổi trong quá trình chuyển dời.
II. Công suất
1. Công suất là gì?
– Khái niệm: Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.
– Công thức tính công suất:
– Cũng có thể nói công suất của một lực đo tốc độ sinh công của lực đó.
2. Đơn vị của công suất là gì
– Ta có:
– Nếu A = 1J, t = 1s thì
– Oát là công suất của một thiết bị thực hiện công bằng 1J trong thời gian 1s
– Đơn vị công suất là: Oát [W]
1W.h = 3600J; 1Kwh = 3600kJ [gọi là 1 kí điện]
Ngoài ra người ta còn dùng đơn vị mã lực:
1CV [Pháp] = 736W; 1HP [Anh] = 746W
* Bảng công suất trung bình
| Tên lửa Satơn [Saturn] V | 7.1010W |
| Tàu biển | 5.107W |
| Đầu tàu hỏa | 3.106W |
| Ô tô | 4.104W |
| Xe máy | 1,5.104W |
| Người làm việc | 100W |
| Đèn điện | 100W |
| Máy thu thanh | 10W |
| Máy tính bỏ túi | 1.10-3W |
3. Chú ý
– Khái niệm công suất cũng được mở rộng cho các nguồn phát năng lượng không phải dưới dạng sinh công cơ học. Ví dụ: Lò nung, nhà máy điện,…
– Công suất tiêu thụ của 1 thiết bị tiêu thụ năng lượng là đại lượng đo bằng năng lương tiêu thụ trong 1 đơn vị thời gian.
III. Bài tập về Công và Công suất
* Bài 1 trang 132 SGK Vật Lý 10: Phát biểu định nghĩa công và đơn vị công. Nêu ý nghĩa của công âm.
° Lời giải bài 1 trang 132 SGK Vật Lý 10:
– Định nghĩa công: Khi lực
A = F.s.cosα
– Đơn vị của công là Jun [kí hiệu là J]
– Ý nghĩa của công âm: là công của lực cản trở chuyển động.
* Bài 2 trang 132 SGK Vật Lý 10: Phát biểu định nghĩa công suất và đơn vị công suất. Nêu ý nghĩa vật lý của công suất?
° Lời giải bài 2 trang 132 SGK Vật Lý 10:
– Định nghĩa công suất: Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.
– Công thức tính Công suất:
– Đơn vị công suất: Oát [W]
– Ý nghĩa của công suất: so sánh khả năng thực hiện công của các máy trong cùng một thời gian.
* Bài 3 trang 132 SGK Vật Lý 10: Đơn vị nào sau đây KHÔNG phải là đơn vị của công suất?
A. J.s B. W C. N.m/s D. HP
° Lời giải bài 3 trang 132 SGK Vật Lý 10:
◊ Chọn đáp án: A. J.s
– Đơn vị của công suất là oát: W, ngoài ra còn được đo bằng các đơn vị HP và N.m/s. 1HP = 746W.
* Bài 4 trang 132 SGK Vật Lý 10: Công có thể biểu thị bằng tích của
A. Năng lượng và khoảng thời gian
B. Lực, quãng đường đi được và khoảng thời gian
C. Lực và quãng đường đi được
D. Lực và vận tốc
Chọn đáp án đúng
° Lời giải bài 4 trang 132 SGK Vật Lý 10:
◊ Chọn đáp án: C. Lực và quãng đường đi được
– Trong trường hợp góc α = 0 hay cosα = 1 thì công có thể được biểu thị bằng tích của lực và quãng đường đi được.
* Bài 5 trang 132 SGK Vật Lý 10: Một lực
A. Fvt B.Fv C.Ft D.Fv2
° Lời giải bài 5 trang 132 SGK Vật Lý 10:
◊ Chọn đáp án: B.Fv
– Công thức tính công suất:
* Bài 6 trang 133 SGK Vật Lý 10: Một người kéo một hòm gỗ khối lượng 80 kg trượt trên sàn nhà bằng một dây có phương hợp góc 30o so với phương nằm ngang. Lực tác dụng lên dây bằng 150 N. Tính công của lực đó khi hòm trượt đi được 20 m.
° Lời giải bài 6 trang 133 SGK Vật Lý 10:
– Từ công thức tính công, ta có:
* Bài 7 trang 133 SGK Vật Lý 10: Một động cơ điện cung cấp công suất 15 kW cho một cần cẩu nâng 1000 kg lên cao 30 m. Lấy g = 10 m/s2. Tính thời gian tối thiểu để thực hiện công việc đó?
° Lời giải bài 7 trang 133 SGK Vật Lý 10:
– Công mà cần cẩu đã thực hiện để nâng vật lên cao 30m là:
– Lực F ở đây là trọng lực P = mg, góc hợp bởi
A = F.s.cosα = m.g.s.cosα = 1000.10.30.cos0o = 300000[J]
– Thời gian tối thiểu để thực hiện công việc đó là, từ công thức:
Hy vọng với bài viết về Công và Công Suất, Công thức tính và Bài tập vận dụng ở trên hữu ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để Hay Học Hỏi ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt.
¤ Xem thêm các bài viết khác tại:
Đăng bởi: THPT Sóc Trăng
Chuyên mục: Giáo Dục