Một ô tô có khổi lượng 1,5 tấn chuyển động đều lên 1 đoạn dốc dài…

Chào các em học sinh lớp 9 thân mến! Hôm nay, thầy sẽ hướng dẫn các em giải chi tiết bài tập Vật lý về chủ đề Công và Công suất này. Đây là một dạng bài tập rất thực tế, giúp các em hiểu rõ hơn về cách hoạt động của động cơ ô tô khi leo dốc. Chúng ta cùng nhau phân tích và giải từng câu nhé!

Trước khi đi vào lời giải, chúng ta hãy cùng đổi các đại lượng về đơn vị chuẩn trong hệ đo lường:

• Khối lượng của ô tô: m = 1,5 tấn = 1500 kg.
• Trọng lượng của ô tô: P = 10 * m = 10 * 1500 = 15000 N (đây là lực hút của Trái Đất tác dụng lên xe, luôn hướng thẳng đứng xuống dưới).
• Chiều dài quãng đường dốc: s = 200 m.
• Chiều cao của dốc: h = 20 m.
• Thời gian chuyển động: t = 25 giây.
• Lực cản tổng cộng: F_can = 1500 N.

Bây giờ, thầy trò ta sẽ lần lượt giải quyết các yêu cầu của bài toán:

a) Tính công của trọng lực thực hiện trong quá trình ô tô lên dốc:

Khi ô tô chuyển động lên dốc, xe sẽ dịch chuyển lên cao theo phương thẳng đứng một đoạn bằng độ cao h của dốc. Vì trọng lực của Trái Đất luôn hướng thẳng đứng xuống dưới (ngược chiều với chiều đi lên của ô tô), nên trọng lực đóng vai trò là lực cản đối với chuyển động đi lên này.

Công của trọng lực (ký hiệu là A_P) được tính theo công thức:

A_P = – P * h

Thay số vào ta có:

A_P = – 15000 * 20 = – 300000 J (Joule)

Giải thích thêm: Dấu trừ (-) ở đây thể hiện trọng lực thực hiện công cản (công âm). Nếu xét về mặt độ lớn, công để nâng ô tô lên độ cao 20m (công có ích) là 300000 J.

b) Tính công của lực cản:

Lực cản tổng cộng tác dụng lên ô tô luôn ngược chiều với chiều chuyển động của xe dọc theo mặt dốc (quãng đường s). Do đó, công của lực cản cũng là công cản.

Công của lực cản (ký hiệu là A_can) được tính bằng công thức:

A_can = – F_can * s

Thay số vào ta có:

A_can = – 1500 * 200 = – 300000 J

Giải thích thêm: Về mặt độ lớn, công hao phí để thắng lực cản trên suốt đoạn đường dốc là 300000 J.

c) Tính công của động cơ ô tô:

Để ô tô có thể chuyển động đều lên dốc, động cơ của xe phải thực hiện một công toàn phần (A_dc). Công này phải đủ để vừa nâng ô tô lên cao (thắng trọng lực), vừa thắng được lực cản của ma sát và không khí dọc theo mặt dốc.

Công toàn phần của động cơ bằng tổng độ lớn công có ích (để nâng xe) và độ lớn công hao phí (để thắng lực cản):

A_dc = (P * h) + (F_can * s)

Thay các giá trị đã tính ở trên vào:

A_dc = 300000 + 300000 = 600000 J

Vậy, công mà động cơ ô tô đã thực hiện trong suốt quá trình lên dốc là 600000 J (hay 600 kJ).

d) Tính công suất của động cơ:

Công suất là đại lượng đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của động cơ, được tính bằng công thực hiện được trong một đơn vị thời gian.

Công thức tính công suất (ký hiệu là P_cs):

P_cs = A_dc / t

Thay số vào ta có:

P_cs = 600000 / 25 = 24000 W (Watt)

Chúng ta có thể đổi sang đơn vị kiloWatt (kW) cho gọn: 24000 W = 24 kW.

Vậy công suất của động cơ ô tô là 24 kW.

Lời khuyên của thầy: Khi làm các bài toán về công và công suất ở lớp 9, các em cần phân biệt rõ hướng của các lực để xác định đúng công có ích (nâng vật lên cao) và công hao phí (thắng lực cản). Chúc các em học tốt và luôn đạt điểm cao trong môn Vật lý nhé!