Định luật về công là một trong những khái niệm cơ bản và quan trọng trong chương trình Vật lý 8. Hiểu rõ định luật này không chỉ giúp học sinh giải quyết các bài tập mà còn áp dụng vào thực tiễn cuộc sống. Bài viết này của “Cùng Trò Chuyện” sẽ giải thích chi tiết định luật về công, kèm theo ví dụ minh họa và bài tập vận dụng giúp bạn nắm vững kiến thức.
Minh họa về công cơ học: Kéo một vật trên mặt phẳng
Công Cơ Học Là Gì?
Trước khi tìm hiểu định luật về công, chúng ta cần hiểu rõ khái niệm công cơ học. Công cơ học được thực hiện khi có một lực tác dụng lên vật và làm vật di chuyển theo hướng của lực. Ví dụ, khi bạn kéo một chiếc vali trên mặt đất, bạn đang thực hiện công cơ học.
Các yếu tố cần thiết để có công cơ học:
- Phải có lực tác dụng lên vật.
- Vật phải di chuyển.
- Phương của lực và phương di chuyển của vật phải cùng phương hoặc hợp với nhau một góc khác 0 độ.
Đơn vị của công:
Đơn vị của công trong hệ SI là Jun (J). 1 Jun bằng công thực hiện khi một lực 1 Newton (N) làm vật di chuyển quãng đường 1 mét (m) theo hướng của lực (1J = 1N.m).
Nội Dung Định Luật Về Công
Định luật về công được phát biểu như sau:
“Không một máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về công. Được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.”
Điều này có nghĩa là khi sử dụng máy cơ đơn giản (như ròng rọc, đòn bẩy, mặt phẳng nghiêng), chúng ta có thể giảm lực cần thiết để thực hiện công, nhưng đồng thời phải tăng quãng đường di chuyển của lực đó. Tổng công thực hiện vẫn không thay đổi. Tại “Cùng Trò Chuyện”, chúng tôi luôn nhấn mạnh việc hiểu rõ nguyên lý này để áp dụng hiệu quả vào thực tiễn nông nghiệp.
Chứng Minh Định Luật Về Công
Để chứng minh định luật về công, ta có thể thực hiện một thí nghiệm đơn giản với ròng rọc động:
Thí nghiệm chứng minh định luật công với ròng rọc
Trường hợp 1: Kéo vật trực tiếp
- Giả sử ta dùng lực 10N để kéo vật nặng 10N lên cao 1m.
- Công thực hiện: A = F.s = 10N x 1m = 10J
Trường hợp 2: Kéo vật qua ròng rọc động
- Ròng rọc động cho ta lợi 2 lần về lực, tức là chỉ cần dùng lực 5N để kéo vật.
- Tuy nhiên, ta phải kéo dây một đoạn 2m để vật lên cao 1m.
- Công thực hiện: A = F.s = 5N x 2m = 10J
Như vậy, trong cả hai trường hợp, công thực hiện đều là 10J. Thí nghiệm này chứng minh rằng ròng rọc động không cho ta lợi về công.
Áp Dụng Định Luật Về Công Cho Các Loại Máy Cơ Đơn Giản
Định luật về công áp dụng cho tất cả các loại máy cơ đơn giản:
1. Ròng Rọc Cố Định:
Ròng rọc cố định
- Không cho lợi về lực, chỉ thay đổi hướng của lực.
- Đường đi của lực bằng đường đi của vật.
- Không cho lợi về công.
2. Ròng Rọc Động:
Ròng rọc động
- Cho lợi 2 lần về lực.
- Thiệt 2 lần về đường đi.
- Không cho lợi về công.
3. Đòn Bẩy:
- Có thể lợi về lực hoặc lợi về đường đi tùy thuộc vào vị trí điểm tựa, điểm đặt lực và điểm đặt vật.
- Không cho lợi về công.
4. Mặt Phẳng Nghiêng:
- Cho lợi về lực.
- Thiệt về đường đi.
- Không cho lợi về công. Mặt phẳng nghiêng thường được sử dụng trong nông nghiệp để di chuyển vật nặng, ví dụ như đưa hàng hóa lên xe tải.
Hiệu Suất Của Máy Cơ Đơn Giản
Trong thực tế, do ma sát, một phần công thực hiện bị hao phí. Hiệu suất của máy cơ đơn giản là tỉ số giữa công có ích và công toàn phần:
H = (Công có ích / Công toàn phần) x 100%
Hiệu suất luôn nhỏ hơn 100%.
Bài Tập Vận Dụng
Câu hỏi 1: Một người dùng ròng rọc động để nâng vật nặng 50kg lên cao 2m. Bỏ qua ma sát. Tính lực kéo và công thực hiện.
Câu hỏi 2: Một người dùng mặt phẳng nghiêng dài 5m, cao 1m để kéo vật nặng 100kg lên. Bỏ qua ma sát. Tính lực kéo và công thực hiện.
Kết Luận
Định luật về công là một nguyên lý quan trọng trong vật lý. Hiểu rõ định luật này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về hoạt động của các loại máy cơ đơn giản và áp dụng chúng một cách hiệu quả trong cuộc sống và trong sản xuất nông nghiệp. “Cùng Trò Chuyện” hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn những kiến thức bổ ích về định luật về công.