Bài toán:

Một vật có khối lượng 500g dưới tác dụng của lực kéo 6N vật chuyển động 1 đoạn đường 20m

a) tính công của lực kéo

b) tính công của trọng lực

Lời giải:

Trước hết, chúng ta cần tóm tắt các dữ kiện đề bài đã cho:

Khối lượng của vật: m = 500g

Lực kéo: F = 6N

Quãng đường vật di chuyển: s = 20m

Chúng ta cần đổi đơn vị khối lượng từ gam (g) sang kilogam (kg) để phù hợp với các công thức vật lý:

m = 500g = 0.5kg

a) Tính công của lực kéo

Công của một lực được tính bằng công thức:

A = F . s . cos(\(\alpha\))

Trong đó:

A là công của lực (J)

F là độ lớn của lực (N)

s là quãng đường vật di chuyển (m)

\(\alpha\)

là góc giữa phương của lực kéo và phương của chuyển động.

Trong bài toán này, lực kéo tác dụng lên vật và làm vật chuyển động cùng phương, cùng chiều. Do đó, góc giữa lực kéo và hướng chuyển động là \(\alpha\)

= 0 độ.

Ta có cos(0 độ) = 1.

Áp dụng công thức, ta có:

A_kéo = F . s . cos(0 độ)

A_kéo = 6N . 20m . 1

A_kéo = 120 J

Vậy, công của lực kéo là 120 J.

b) Tính công của trọng lực

Trọng lực là lực hút của Trái Đất tác dụng lên vật, có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống dưới.

Độ lớn của trọng lực được tính bằng công thức:

P = m . g

Trong đó:

P là trọng lực (N)

m là khối lượng của vật (kg)

g là gia tốc trọng trường (thường lấy g \(\approx\) 9.8 m/s² hoặc 10 m/s²)

Trong trường hợp này, để đơn giản, chúng ta sẽ lấy g = 10 m/s².

Tính độ lớn của trọng lực:

P = 0.5kg . 10 m/s²

P = 5 N

Bây giờ, chúng ta xét công của trọng lực. Công của trọng lực được tính bằng công thức:

A_{trọng lực} = P . h . cos(\(\beta\))

Trong đó:

A_{trọng lực} là công của trọng lực (J)

P là độ lớn của trọng lực (N)

h là độ cao mà vật di chuyển theo phương thẳng đứng (m)

\(\beta\)

là góc giữa phương của trọng lực và phương của chuyển động.

Trong bài toán này, đề bài không nói rõ vật chuyển động theo phương ngang hay phương nào khác. Tuy nhiên, thông thường khi nói “vật chuyển động 1 đoạn đường 20m” dưới tác dụng của lực kéo, người ta thường ngầm hiểu vật di chuyển trên một mặt phẳng ngang.

Nếu vật di chuyển trên mặt phẳng ngang, thì phương chuyển động là phương ngang. Trọng lực có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống.

Do đó, góc giữa phương của trọng lực và phương chuyển động là \(\beta\)

= 90 độ.

Ta có cos(90 độ) = 0.

Áp dụng công thức tính công của trọng lực:

A_{trọng lực} = P . h . cos(90 độ)

A_{trọng lực} = 5N . h . 0

A_{trọng lực} = 0 J

Lưu ý quan trọng: Nếu đề bài cho biết vật di chuyển lên hoặc xuống một độ cao nhất định, thì công của trọng lực sẽ khác 0.

Ví dụ: Nếu vật được kéo lên cao 10m, thì h = 10m và góc giữa trọng lực và hướng chuyển động là 180 độ, cos(180 độ) = -1. Khi đó, A_{trọng lực} = 5N 10m (-1) = -50J (công âm, trọng lực cản trở chuyển động).

Hoặc nếu vật rơi xuống 10m, thì h = 10m và góc giữa trọng lực và hướng chuyển động là 0 độ, cos(0 độ) = 1. Khi đó, A_{trọng lực} = 5N 10m 1 = 50J (công dương, trọng lực sinh công).

Tuy nhiên, với đề bài hiện tại, chúng ta giả định vật di chuyển trên mặt phẳng ngang, nên công của trọng lực bằng 0.

Kết luận:

a) Công của lực kéo là 120 J.

b) Công của trọng lực là 0 J (với giả định vật di chuyển trên mặt phẳng ngang).

Các em đã hiểu rõ chưa nào? Nếu có thắc mắc gì, cứ mạnh dạn hỏi thầy nhé!