Cơ năng | Tìm hiểu chung về cơ năng | Ứng dụng đời sống

Cơ năng là một khái niệm đơn giản, được định nghĩa dựa trên kiến thức hiểu biết về công cơ học. Bạn còn nhớ Công cơ học là gì không? Những trường hợp có thể phát sinh công cơ học là khi có lực tác dụng vào vật khiến vật di chuyển từ vị trí này sang vị trí kia. Từ đó rút ra, khi một vật có khả năng thực hiện công cơ học, chúng ta nói vật đó có cơ năng.

Sau đây, chúng ta cùng giải thích rõ hơn về cơ năng. Và tìm hiểu sâu hơn những vấn đề liên quan đến nó như thế năng, động năng, định luật bảo toàn cơ năng,…

Cơ năng là gì

Nói một cách ngắn gọn, đơn giản nhất khi vật có khả năng sinh công thì vật có cơ năng. Do đó, khả năng thực hiện công càng lớn thì cơ năng của vật cũng tăng theo.

Nói một cách cụ thể hơn, thì trong vật lý cơ năng là tổng động năng và thế năng. Đây là năng lượng kết hợp của chuyển động và vị trí của vật thể. Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng, trong một hệ kín ta có cơ năng không thay đổi.

Công thức tính cơ năng ta có : W = Wđ + Wt

Trong đó : W là cơ năng (J)

Wđ là động năng

Wt là thế năng

Xem thêm : Thiết bị truyền động quay là gì , đặc trưng cơ bản , ứng dụng

Bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường

Khi một vật chuyển động trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực (bỏ qua lực cản, ma sát…) thì cơ năng của vật không thay đổi. Người ta coi đó là một đại lượng được bảo toàn.

Ta có : W = Wđ + Wt = mgz + (1/2)m.v.v = const

Hệ quả :

Quá trình chuyển động trong trọng trường của một vật :

– Nếu động năng giảm thì thế năng tăng và ngược lại.

– Tại vị trí nào động năng cực tiểu thì thế năng cực đại và ngược lại.

Cơ năng của vật chịu tác dụng lực đàn hồi

Nếu một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi bởi sự biến dạng của lò xo thì trong quá trình chuyển động của vật đó, cơ năng được tính bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật.

Các dạng cơ năng

Cơ năng là dạng năng lượng có mặt trong mọi hệ thống. Cơ năng có hai dạng là thế năng và động năng. Mỗi loại năng lượng cơ học này phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau như độ cao, độ biến dạng, vận tốc và nhiệt độ…

Thế năng

Bao gồm thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi.

1.Thế năng trọng trường : được xác định bởi độ cao của vật so với mặt đất. Vật ở độ cao và khối lượng càng lớn thì thế năng trọng trường cũng càng lớn. Nói cách khác, thế năng của vật phụ thuộc vào độ cao của vật so với mặt đất.

Chú ý :

• Thế năng trọng trường cũng là thế năng hấp dẫn.
• Nếu vật nằm yên trên đất, không di chuyển thì thế năng trọng trường bằng 0.
• Thế năng trọng trường tỉ lệ thuận với khối lượng của vật. Vật có khối lượng càng lớn thì thế năng càng lớn.
• Loại cơ năng này được tính dựa vào mốc độ cao, ta hoàn toàn có thể chọn mốc tính độ cao tùy ý.

Ví dụ cụ thể : Quả có thể giữ vững trên cây mag không bị rơi xuống, chim có thể đậu bên vách đá, máy bay đang bay, con diều có khả năng bay trên cao,…

2.Thế năng đàn hồi : Là đại lượng mang dạng năng lượng của một vật chịu sự tác động của lực đàn hồi. Khi ấy, vật bị biến dạng và có thể sinh ra công.

Thế năng đàn hồi phụ thuộc vào độ biến dạng của vật. Vật bị biến dạng càng nhiều, thế năng theo đó càng lớn. Loại năng lượng này xuất hiện khi có lực tác dụng trực tiếp vào vật và làm thay đổi hình dáng ban đầu của nó.

Ví dụ hay gặp : Quả bóng bị bóp méo, lò xo bị kéo dãn, cân, lực kế,…

Xem thêm : Động cơ điện | Motor điện | Cấu tạo | Nguyên lý | Ứng dụng

Động năng

Động năng của vật là năng lượng được sinh ra từ chuyển động của nó. Chúng được định nghĩa là công cần thực hiện để gia tốc một vật với khối lượng cho trước từ trạng thái nghỉ cho đến vận tốc đạt được hiện thời của nó. Sau khi đạt được năng lượng này, vật sẽ duy trì động năng nếu tốc độ của nó không thay đổi.

Động năng của vật chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau :

• Vận tốc của vật : Nếu khối lượng của vật không thay đổi thì vận tốc tỉ lệ thuận với động năng. Vận tốc càng lớn thì suy ra động năng càng tăng và ngược lại.
• Khối lượng của vật : Bỏ qua yếu tố vận tốc, khối lượng của vật càng lớn tương đương động năng của vật cũng càng lớn.

Từ đây, ta kết luận một vật có khối lượng càng nặng và chuyển động càng nhanh thì cho động năng càng lớn.

Định luật bảo toàn cơ năng

Động năng và thế năng là hai loại năng lượng cơ học. Động năng có thể chuyển hóa thành thế năng, đồng thời thế năng cũng có thể chuyển hóa thành động năng. Hai dạng cơ năng này nói chung có thể chuyển hóa lẫn nhau nhưng cơ năng luôn được bảo toàn. Đó là cơ sở hình thành định luật bảo toàn cơ năng.

Tuy nhiên, định luật này chỉ đúng và được áp dụng khi vật chịu tác dụng của lực đàn hồi và trọng lực.

Ta có thể dễ dàng quan sát thấy sự bảo toàn cơ năng qua những hình ảnh thực tế như sau :

• Nước từ trên đập cao chảy xuống có sự chuyển hóa từ thế năng sang động năng.
• Ném một vật lên trời theo phương thẳng đứng có sự chuyển hóa từ động năng sang thế năng.
• Kéo con lắc đang từ vị trí cân bằng đến một vị trí khác rồi thả tay. Ta gọi vị trí kéo là A, vị trí quay trở lại là C và đặt vị trí cân bằng là B. Khi đó, con lắc đi từ vị trí A đến B vận tốc sẽ tăng, đó là sự chuyển hóa từ thế năng sang động năng. Và con lắc đi từ B đến C vận tốc sẽ giảm, thể hiện sự chuyển hóa từ động năng sang thế năng.

Ý nghĩa của cơ năng trong cuộc sống

Năng lượng có ý nghĩa to lớn đối với cuộc sống và sự phát triển của con người. Đi đến đâu chúng ta cũng có thể bắt gặp hình ảnh của năng lượng cơ học. Năng lượng cơ học – cơ năng có thể được chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác thông qua các thiết bị khác nhau. Nó góp phần quan trọng trong các hoạt động sinh hoạt thường ngày và sản xuất, dịch vụ,…Tiêu biểu như : Đạp xe, ném bóng, đá bóng, sản xuất phương tiện giao thông, thiết bị máy móc, sản xuất điện…

Vì vậy, cơ năng đã là một phần thiết yếu có vai trò quan trọng không thể bỏ qua. Nhờ có nó, mọi sự vật, con người và các loài động vật mới có thể di chuyển theo cách chủ quan hoặc khách quan.

Ứng dụng thực tế của cơ năng

Loại năng lượng này được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hiện nay. Minh chứng rõ ràng nhất là trong :

-Sản xuất các vật thể chuyển động phương tiện giao thông đường bộ, đường thủy, trên không như : xe đạp, xe máy, ô tô, xe tải, máy bay, tàu thuyền, ca nô,…

-Trong các hoạt động vui chới giải trí như : đánh golr, ném bóng bowling,…

-Trong quân sự như sản xuất chê tạo súng.

-Trong sản xuất để vận hành máy móc, thiết bị tự động hoặc bằng tay

-Ứng dụng trong các nhà máy thủy điện.

Trong sản xuất van công nghiệp

Một trong những ứng dụng tiêu biểu có sự góp mặt của cơ năng nữa là trong lĩnh vực sản xuất các dòng van nước, van khí, van hơi, van công nghiệp, van sử dụng tay quay, van tay gạt.

Cụ thể, chúng tôi muốn đề cập đến ở đây là van bướm tay quay , van bướm tay gạt , van bi tay quay, van bi tay gạt,…

Khi ta thao tác lên van, ta sẽ sử dụng tay gạt và tay quay để điều khiển van làm làm việc. Người dùng trực tiếp tác dụng lên đó một lực làm cho bộ phận tay gạt hoặc tay quay vô lăng chuyển động. Quá trình đó, con người đã tạo ra cơ năng.

Kết luận

Như vậy, bài viết trên đã cung cấp đầy đủ những thông tin về cơ năng là gì, định luật bảo toàn cơ năng và hệ quả,… Hy vọng rằng với những kiến thức và chia sẻ trên đã giúp các bạn có thêm nhiều thông tin hơn về cơ năng và hiểu hơn về những hiện tượng trong cuộc sống liên quan đến nó.

Ngoài ra, các bạn sẽ biết thêm về vai trò và ứng dụng của nó đối với con người chúng ta. Nếu bạn có những thắc mắc hay câu hỏi gì liên quan đến cơ năng hãy để lại ý kiến bình luận bên dưới. Xin cảm ơn!