3. Bài 25. Động năng, thế năng

>> Xem chi tiết: Lí thuyết Bài 25. Động năng. Thế năng - Vật lí 10

Phương pháp giải:

Quan sát hình

Lời giải chi tiết:

- Hoạt động của tàu lượn: Tàu bắt đầu chuyển động từ vị trí thấp nhất và tăng tốc dần dần, khi đi lên vị trí cao nhất thì vận tốc của tàu nhỏ nhất và khi đi từ vị trí cao nhất xuống dưới thì tàu lại tăng tốc.

- Khi ở vị trí cao nhất của đường ray thì tốc độ của tàu lại nhỏ nhất để tránh trường hợp tàu bị văng ra khỏi đường ray.

Phương pháp giải:

1.

Quan sát hình

2.

Động năng tỉ lệ thuận với khối lượng vật và bình phương vận tốc của vật.

3.

Vận dụng các kiến thức đã học về lực

4.

Biểu thức tính động năng: \({W_d} = \frac{1}{2}m{v^2}\)

+ m: khối lượng của vật (kg).

+ v: vận tốc của vật (m/s).

Lời giải chi tiết:

1.

Năng lượng của con sóng trong Hình 25.1 tồn tại dưới dạng động năng

- Sóng thần có sức tàn phá mạnh hơn rất nhiều so với sóng thông thường vì vận tốc của sóng thần rất lớn dẫn đến động năng của sóng vô cùng lớn, trong khi đó các sóng thông thường lại có vận tốc nhỏ hơn rất nhiều so với sóng thần nên năng lượng của sóng thông thường nhỏ hơn sóng thần, vì vậy sóng thần có sức tàn phá rất lớn.

- Khi xô vào vật cản thì năng lượng (động năng) lớn nhất dẫn đến sự tàn phá.

2.

Khi đang bay, năng lượng của thiên thạch tồn tại dưới dạng động năng.

- Năng lượng của các thiên thạch rất lớn so với năng lượng của các vật thường gặp vì thiên thạch có khối lượng và vận tốc lớn hơn rất nhiều so với các vật thường gặp.

- Khi va vào Trái Đất, năng lượng của thiên thạch chuyển hóa thành quang năng, thế năng.

3.

Khi vận động viên dang lướt ván, bao giờ bản thân cũng ngả về phía sau, hai chân chìa ra phía trước dùng sức đạp lên ván trượt, tạo thành một góc hẹp với mặt nước. Vận động viên dùng sức đạp tạo một lực nghiêng xuống dưới. Mặt khác, theo định luật III newton, ta có mặt nước ngược lại sẽ sinh ra phản lực nghiêng bên trên đối với vận động thông qua ván trượt. Chính phản lực này đã đỡ vận động viên không bị chìm xuống.

4.

Ta có: m = 48 g = 0,048 kg; v = 10 m/s

Động năng của mũi tên là:

\({W_d} = \frac{1}{2}m{v^2} = \frac{1}{2}.0,{048.10^2} = 2,4(J)\)

Lời giải chi tiết:

1.

Khi bóng rơi xuống sàn thì động năng chuyển hóa thành thế năng.

2.

Cách 1: Phương pháp sử dụng phương trình động lực học, định luật II newton

Đổi 5 km/h = 25/18 m/s.

Chọn hệ quy chiếu như hình vẽ

Theo định luật II newton ta có:

\(\overrightarrow P  + \overrightarrow N  + \overrightarrow {{F_{ms}}}  = m.\overrightarrow a \)           (1)

Chiếu (1) lên Ox ta có:

\( - {F_{ms}} = ma \Leftrightarrow  - \mu .N = m.a\)     (2)

Chiếu (1) lên Oy ta có: N – P = 0 => N = P = m.g thay vào (2), ta có:

\( - \mu .m.g = m.a \Rightarrow \mu  = \frac{{ - a}}{g}\)    (3)

Vật chuyển động chậm dần đều:

\(a = \frac{{{v^2} - v_0^2}}{{2.s}}\) thay vào (3), có:

\(\mu  = \frac{{v_0^2 - {v^2}}}{{2.g.s}} = \frac{{{{\left( {\frac{{25}}{{18}}} \right)}^2} - {0^2}}}{{2.9,8.1}} \approx 0,1\)

Cách 2: Mối liên hệ giữa động năng và công của lực

Ta có động năng của vật bằng công của lực ma sát

W_đ  = A

\(\begin{array}{l} \Leftrightarrow \frac{1}{2}.m.{v^2} = {F_{ms}}.s.\cos \alpha \\ \Leftrightarrow \frac{1}{2}.m.{v^2} = \mu .m.g.s.\cos \alpha \\ \Rightarrow \mu  = \frac{{{v^2}}}{{2.g.s.\cos \alpha }} = \frac{{{{\left( {\frac{{25}}{{18}}} \right)}^2}}}{{2.9,8.1.\cos 0}} \approx 0,1\end{array}\)

Máy đóng cọc (Hình 25.3) hoạt động như sau: Búa máy được nâng lên đến một độ cao nhất định rồi thả cho rơi xuống cọc cần đóng.

Phương pháp giải:

Một vật đặt ở độ cao h so với mặt đất thì lưu trữ năng lượng dưới dạng thế năng.

Lời giải chi tiết:

1.

Khi búa đang ở độ cao nhất định thì năng lượng của nó tồn tại dưới dạng thế năng.

Năng lượng này có được là do việc chọn mốc tính độ cao.

2.

Trong quá trình rơi, năng lượng của búa chuyển từ thế năng sang động năng.

3.

Khi chạm vào đầu cọc thì búa sinh công để đóng cọc xuống dưới đất

Phương pháp giải:

Biểu thức tính thế năng:

W_t = m.g.h

Trong đó:

+ W_t : thế năng của vật (J)

+ m: khối lượng của vật (kg)

+ h: độ cao của vật so với mốc chọn (m)

Lời giải chi tiết:

Thế năng tỉ lệ thuận với độ cao

Ta có độ cao trong trường hợp gốc thế năng tại sàn nhà lớn hơn độ cao trong trường hợp gốc thế năng tại mặt bàn

=> Thế năng trong trường hợp hợp gốc thế năng tại sàn nhà lớn hơn thế năng trong trường hợp gốc thế năng tại mặt bàn.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính thế năng: W_t = m.g.h

Trong đó:

+ m: khối lượng của vật (kg)

+ g: gia tốc trọng trường (m/s² )

+ h: độ cao của vật tính từ mốc (m)

+ W_t : thế năng của vật (J)

Thế năng của vật ở độ cao h có độ lớn bằng công của lực dùng để nâng vật lên độ cao h.

(A = W_t )

Lời giải chi tiết:

1.

Chọn mốc thế năng tại A

Ta có m = 500 kg; g = 9,8 m/s² ; h = 40 m.

Thế năng của khối vật liệu tại B là: W_t = m.g.h = 500.9,8.40 = 1,96.10⁵ (J)

=> Công mà cần cẩu đã thực hiện là: A = W_t = 1,96.10⁵ J.

2.

Do ma sát không đáng kể nên công của trọng lực bằng công của lực nhỏ

=> Dù lực có nhỏ hơn trọng lượng nhưng vẫn có thể đưa một vật lên cao trong mặt phẳng nghiêng.