Một vật có khối lượng m = 1,5 kg được thả rơi từ độ cao h = 4 m so với mặt đất. Chọn gốc thế năng ở mặt đất, tính tốc độ của vật ngay trước khi chạm đất. Biết toàn bộ thế năng của vật chuyển hóa thành động năng của vật
Vận dụng công thức tính cơ năng: \({W_C} = {W_d} + {W_t} = \frac{1}{2}m{v^2} + Ph\)
Thế năng của vật ở độ cao 4 m là: \({W_t} = Ph = 1,5.10.4 = 60J\)
Ta có: \({W_C} = {W_d} + {W_t} = 0 + 60 = 60J\)
Cơ năng của vật không thay đổi mà toàn bộ thế năng của vật được chuyển hóa thành động năng nên ta có:
\(\begin{array}{l}{W_d} = 60J\\ \Rightarrow \frac{1}{2}m{v^2} = 60 \Rightarrow v = \sqrt {\frac{{60.2}}{{1,5}}} = 4\sqrt 5 m/s\end{array}\)
Các bài tập cùng chuyên đề
Điều nào sau đây là sai khi nói về cơ năng ?
Một lò xo làm bằng thép đang bị nén lại. Lúc này lò xo có cơ năng. Vì sao lò xo có cơ năng?
Trường hợp nào dưới đây có cơ năng của các vật bằng nhau?
Trong các trường hợp sau, trường hợp nào vật có cả động năng và thế năng?
Một lò xo treo vật m1 thì dãn một đoạn x1, cùng lò xo ấy khi treo vật m2 thì dãn đoạn x2. Biết khối lượng m1 < m2. Cơ năng của lò xo ở dạng nào? Sự so sánh cơ năng của lò xo ở hai trường hợp như thế nào là đúng trong các cách sau:
Vật có cơ năng khi:
Chọn phát biểu đúng trong các phát biểu sau.
Một viên đạn đang bay trên cao, dạng năng lượng mà viên đạn có là
Mũi tên vừa được bắn ra khỏi cung tên, mũi tên lúc này có
Trong các câu phát biểu về cơ năng sau câu phát biểu nào sai?
Trong các câu nhận xét sau câu nào sai?
Từ độ cao h người ta ném một viên bi lên theo phương thẳng đứng với vận tốc ban đầu v0. Khi viên bi đang chuyển động đi lên, cơ năng của viên bi chuyển hóa như thế nào?
Trong các trường hợp sau, trường hợp nào có sự chuyển hóa thế năng thành động năng? Hãy chọn câu đúng nhất.
Quan sát trường hợp quả bóng rơi chạm đất, nó nảy lên. Trong thời gian nảy lên thế năng và động năng của nó thay đổi thế nào?
Phát biểu nào sau đây đầy đủ nhất khi nói về sự chuyển hóa cơ năng ?
Một vật được ném lên cao theo phương thẳng đứng. Khi nào có sự chuyển hóa từ thế năng thành động năng?
Khi xảy ra sạt lở đất ở vùng đồi núi, các khối đất đá từ trên cao trượt xuống dưới có thể gây thiệt hại cho con người và tài sản (hình 2.1). Trước khi sạt lở, khối đất đá ở trên cao có thế năng. Trong quá trình trượt xuống, khối đất đá có động năng. Thế năng và động năng của khối đất đá được tính như thế nào?
Hình 2.1. Sạt lở đất
Tính cơ năng của bạn nhỏ ở vị trí B (hình 2.3) trong hai trường hợp:
a) Chọn mặt đất làm gốc thế năng. Biết rằng, động năng của bạn nhỏ tại B bằng 90 J và thế năng bằng 150 J.
b) Chọn điểm B làm gốc thế năng.
Phân tích sự chuyển hóa động năng và thế năng của bạn nhỏ khi chơi cầu trượt ở hình 2.4 trong hai trường hợp sau:
a) Bỏ qua ma sát của mặt cầu trượt và lực cản không khí.
b) Lực ma sát giữa bạn nhỏ và cầu trượt có giá trị đáng kể.
Vật ở càng cao thì thế năng của vật càng lớn. Do đó, vật có năng lượng lớn. Vì vậy, đốt củi ở trên cao sẽ tỏa nhiệt nhiều hơn. Điều này có đúng hay không?
Trên công trường xây dựng, để đóng các cọc bê tông lún sâu xuống lòng đất, người ta dùng búa máy như hình 2.5. Đầu búa có trọng lượng lớn được kéo lên một độ cao nhất định so với mặt đất rồi thả rơi xuống đập vào cọc bê tông.
Mô tả sự chuyển hóa năng lượng của đầu búa từ lúc được thả rơi cho tới ngay trước khi đập vào cọc. Bỏ qua sự hao phí năng lượng do lực cản của môi trường.
Đập thuỷ điện có sơ đồ như hình 3. Người ta xây đập để giữ nước ở trên cao. Khi mở cổng điều khiển, dòng nước chảy xuống làm quay tuabin của máy phát điện. Phân tích sự chuyển hoá giữa thế năng và động năng của dòng nước trong trường hợp này.
Hình 3. Sơ đồ đập thủy điện
Khi sử dụng cúa máy để đóng cọc, đầu búa được nâng lên đến một độ cao nhất định rồi thả cho rơi xuống cọc cần đóng
Trong quá trình rơi, động năng và thế năng của đầu búa chuyển hóa qua lại lẫn nhau như thế nào?
Lấy ví dụ về trường hợp vật vừa có động năng, vừa có thế năng. Mô tả sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng
Thí nghiệm về sự chuyển hóa động năng – thế năng
Chuẩn bị: Con lắc đơn (gồm vật năng, sợi dây không dãn) được treo vào giá thí nghiệm.
Tiến hành:
- Kéo vật nặng đến vị trí A ở độ cao h rồi thả nhẹ, vật nặng chuyển động đến vị trí thấp nhất O rồi tiếp tục đi lên, rồi dừng lại tại điểm B (Hình 3.2), rồi sau đó chuyển động ngược lại.
- So sánh độ cao điểm B với độ cao điểm A.
- Quan sát vật nặng chuyển động qua lại điểm O sau một khoảng thời gian
Trả lời các câu hỏi sau:
1. Có nhận xét gì về sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của vật nặng?
2. Vì sao sau một khoảng thời gian chuyển động, độ cao của vật nặng giảm dần?
Nếu bỏ qua lực cản của không khí, hãy mô tả sự chuyển hóa động năng và thế năng của các vật được ném với cùng tốc độ ban đầu (Hình 3.3) trong hai trường hợp:
- Ném theo phương ngang, vật chuyển động theo quỹ đạo (1).
- Ném vật theo hướng chếch lên trên, vật chuyển động theo quỹ đạo (2).
Xe thế năng có cấu tạo được mô tả trong Hình 3.4. Quả nặng được nối với trục xe qua một ròng rọc cố định bởi một sợi dây mềm, không dãn. Sợi dây được quấn nhiều vòng quanh trục xe.
Khi thả quả nặng chuyển động từ trên xuống, sợi dây sẽ kéo trục bánh xe làm bánh xe lăn, xe sẽ chuyển động.
a) Mô tả sự chuyển hóa năng lượng từ khi thả quả nặng đến khi quả nặng chạm sàn xe.
b) Cho độ cao ban đầu của quả nặng so với sàn xe là 8 cm, khối lượng của quả nặng là m1 = 20 g, khối lượng của xe là m2 = 50 g. Tính tốc độ của xe ngay khi quả nặng chạm sàn xe, nếu coi toàn bộ thế năng của quả nặng chuyển hóa thành động năng.
c) Trong thực tế, giá trị tốc độ thu được của xe khi quả nặng chạm sàn xe sẽ nhỏ hơn giá trị tính toán ở câu b. Hãy giải thích tại sao.
Ở các nhà máy thủy điện, người ta xây dựng hố chứa nước ở trên cao và sử dụng dòng nước chảy trong ống dẫn từ trên cao xuống để làm quay tuabin của máy phát điện. Trong trường hợp này, điện năng được tạo ra từ những dạng năng lượng nào?
Nêu thêm một số ví dụ minh họa cho các vật vừa có động năng, vừa có thế năng.
Trong chuyển động của con lắc (Hình 2.4), ở những vị trí nào vật nặng có :
a) thế năng lớn nhất?
b) động năng lớn nhất?
