Kiểm tra bài cũ

Câu 1: Phát biểu định nghĩa và viết biểu thức của động năng?
Đáp án: Động năng của một vật là năng lượng do vật chuyển động mà có. Động năng có giá trị bằng một nửa tích của khối lượng và bình phương vận tốc của vật.
Biểu thức:


Câu 2: Phát biểu định nghĩa và viết biểu thức của thế năng?
Đáp án: Thế năng là năng lượng mà một hệ vật (vật) có được do tương tác giữa các các vật trong hệ và phụ thuộc vào vị trí tương đối của các vật ấy.
Biểu thức:
Thế năng trọng trường:
Thế năng đàn hồi:
Tiết 52: Định luật bảo toàn cơ năng
Quan sát chuyển động của con lắc đơn và nhận xét sự thay đổi động năng và thế năng của vật trong trọng trường.
Nhận xét: Trong quá trình dao động, động năng và thế năng của vật trong trọng trường liên tiếp thay đổi.
Quan sát thí nghiệm minh hoạ sau, chúng ta sẽ thấy sự biến thiên của hai đại lượng này:
Hình 1. Con lắc đơn
1. Thiết lập định luật
a) Trường hợp trọng lực
Hình 2. Vật đang rơi trong trọng trường
áp dụng định lý động năng, ta có công do trong lực thực hiện bằng độ tăng động năng của vật:
Mặt khác, công này lại bằng độ giảm thế năng của vật trong trọng trường:
(1)
(2)
So sánh (1) và (2) ta được:
Hay:
Các giá trị v và z ở các vị trí đầu và cuối trong chuyển động là bất kỳ, do đó tổng của động năng và thế năng của vật trong trọng trường của vật là không đổi. Tổng của động năng và thế năng được gọi là cơ năng của vật.
Phát biểu định luật bảo toàn cơ năng:
(4)
Trong quá trình chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, động năng có thể chuyển thành thế năng và ngược lại, và tổng của chúng, tức là cơ năng được bảo toàn.
Hình 3. Đồ thị biểu diễn định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp trọng lực
b) Trường hợp lực đàn hồi
Quan sát chuyển động của con lắc lò xo trong thí nghiệm sau và cho nhận xét về sự biến thiên của động năng và thế năng:
Nhận xét: Trong quá trình chuyển động, khi động năng của vật tăng thì thế năng đàn hồi giảm và ngược lại, nhưng tổng động năng và thế năng, tức cơ năng của vật, thì luôn bảo toàn.
Hình 4. Đồ thị biểu diễn định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp đàn hồi.
Ta có:
(5)
Vật ở vị trí biên phải:
Wđ = 0, Wđh cực đại.
Vật qua vị trí cân bằng:
Wđ cực đại, Wđh = 0.
Vật ở vị trí biên trái:
Wđ = 0, Wđh cực đại.

2. Biến thiên cơ năng. Công của lực
không phải lực thế
Khi ngoài lực thế, vật còn chịu tác dụng của lực không phải lực thế, ví dụ lực ma sát (hay lực cản nói chung), cơ năng của vật sẽ không bảo toàn. Ta hãy tìm độ biến thiên cơ năng của vật trong trường hợp này.
Theo định lý động năng, ta có tổng công của các lực tác dụng bằng độ biến thiên động năng của vật khi vật di chuyển từ vị trí 1 đến vị trí 2:
(6)
(7)
Mặt khác, ta còn có thể tính công của lực theo độ biến thiên thế năng:
Kết hợp (6) và (7):
Kết quả trên được phát biểu tổng quát như sau:
Khi ngoài lực thế vật còn chịu tác dụng của lực không phải lực thế, cơ năng của vật không bảo toàn và công của lực này bằng độ biến thiên cơ năng của vật.
3. Bài tập vận dụng.

Xét con lắc đơn như ở Hình 1



Bài giải
Chọn C làm mốc để tính độ cao của vật.
Chú ý : Nếu muốn tìm lực căng T của dây treo con lắc thì vẫn phải áp dụng định luật II Niu-tơn. Cho nên phương pháp dùng định luật bảo toàn là đơn giản nhưng không thay thế hoàn toàn được phương pháp động lực học. Hai phương pháp này bổ sung cho nhau.
HếT BàI