Công cơ học là gì? Công thức tính công cơ học và bài tập từ A – Z

Công cơ học là kiến thức cơ bản của vật lý lớp 8 nhưng được vận dụng xuyên suốt từ cấp 2 lên cấp 3 để giải các bài tập. Chính vì vậy, THPT CHUYÊN LAM SƠN sẽ chia sẻ lý thuyết công cơ học là gì? Đơn vị, công thức tính công cơ học và bài tập có lời giải chi tiết từ A – Z trong bài viết dưới đây đẻ các bạn cùng tham khảo nhé

Nội Dung

Công cơ học là gì?

Công cơ học là công của lực (khi một vật tác dụng lực và lực này sinh công thì ta có thể nói công đó là công của vật). Công cơ học thường được gọi tắt là công.

Ví dụ: Trong trường hợp đầu tàu hỏa đang kéo các toa chuyển động thì lực thực hiện công là lực kéo của đầu tàu hỏa, hoặc trong trường hợp quả táo rơi từ trên cây xuống thì lực thực hiện công là trọng lực.

Đơn vị của công

Đơn vị của công là Jun, kí hiệu là J.

1 J = 1N.1m = 1N.m

Ngoài ra, cũng hay dùng bội số của Jun là kilojun (kí hiệu là kJ): 1kJ = 1000 J.

Công cơ học phụ thuộc vào yếu tố nào?

Công cơ học phụ thuộc vào hai yếu tố: Lực tác dụng vào vật và quãng đường vật dịch chuyển.

Lực tác dụng càng lớn thì công càng lớn và ngược lại.

Quãng đường dịch chuyển càng dài thì công càng lớn và ngược lại.

Công thức tính công

Công thức tính công cơ học khi lực F làm dịch chuyển một quãng đường s theo phương của lực

A = F.s

Trong đó:

A là công của lực F (J)
F là lực tác dụng vào vật (N)
s quãng đường vật dịch chuyển (m)

Lưu ý:

Công thức trên chỉ đúng khi vật chuyển dời theo phương của lực.
Nếu vật chuyển dời theo phương vuông góc với phương của lực thì công của lực đó bằng 0.
Nếu vật chuyển dời không theo phương của lực thì công được tính theo công thức khác sẽ học ở lớp trên.

Tham khảo thêm:

Bài tập tính công cơ học có lời giải

Ví dụ 1: Một vật nặng 2kg rơi từ độ cao 6m xuống đất.

a. Tính công do trọng lực thực hiện.

b. Công này bằng công rơi vật nặng 5kg từ độ cao bao nhiêu m?

Lời giải

Trọng lực của vật P = 10.2 = 20 N

Công do trọng lực thực hiện:

A = P.h = 20.6 = 120 J

Trọng lượng của vật nặng 5kg

P’ = 10.5 = 50 N

Vậy với công A trên vật 5kg rơi từ độ cao:

h’ = A : P’ = 120 : 50 = 2,4 m

Ví dụ 2:Đầu tàu hoả kéo toa xe với lực F = 5000N làm toa xe đi được 1 km. Tính công của lực kéo đầu tàu.

Giải:

Công của lực kéo đầu tàu là:

A = F.s = 5000.1000 = 5000000 J

Ví dụ 3: Một nhóm học sinh đẩy một xe chở đất từ A đến B trên đoạn đường nằm ngang, tới B đổ hết đất rồi đẩy xe không theo đường cũ trở về A. So sánh công sinh ra ở lượt đi và lượt về.

Lời giải

Công cơ học được tính bởi công thức: A = F.s

⇒ Công cơ học tỉ lệ thuận với lực F

Trong trường hợp trên, ta thấy khi đẩy xe đất từ A đến B có lực đẩy lớn hơn khi đẩy xe không từ B về đến A

⇒ Công ở lượt đi lớn hơn vì lực đẩy lượt đi lớn hơn lượt về

Ví dụ 4: Một thang máy đưa người và hàng hoá lên độ cao 80 m thì sinh công 160000J. Biết người có khối lượng 60 kg, tính khối lượng hàng hoá?

Lời giải

Lực kéo F của thang máy bằng tổng trọng lượng P của người và hàng hoá.

Ta có: A = F.s = P.s

Suy ra, tổng trọng lượng P của người và hàng hoá là:

P = A/s = 160000/80 = 2000 (N)

Tổng khối lượng của người và hàng hoá là:
m = P/10 = 2000/10 = 200 (kg)

Vậy khối lượng của hàng hoá là:

m₂ = m – m₁ = 200 – 60 = 140 (kg).

Ví dụ 5: Một người kéo một gáo múc nước từ giếng sâu 10m. Công tối thiểu của người đó phải thực hiện là bao nhiêu? Biết gáo nước có khối lượng là 0,5 Kg và đựng thêm 10 lít nước, khối lượng riêng của nước là 1000kg/m³.
Thể tích của nước: V = 10 lít = 0,01 m³

Lời giải

Khối lượng của nước:

mn = V.D = 0,01 . 1000 = 10 (Kg)

Lực tối thiểu để kéo gàu nước lên là: F = P

Hay: F = 10(mn+ mg) = 10(10 + 0,5) = 105 (N)

Công tối thiểu của người đó phải thực hiện:

A = F.S = 105. 10 = 1050 (J)Thể tích của nước: V = 10 lít = 0,01 m³

Ví dụ 6: Một con ngựa kéo xe chuyển động đều với lực kéo là 600N. Trong 5 phút công thực hiện được là 360kJ. Tính vận tốc chuyển động của xe.

Lời giải

Công A của lực F được tính bằng công thức: A = F.s

Suy ra quãng đường con ngựa kéo xe đi được là:

s = A/F = 360000/600 = 600 m

Vận tốc chuyển động của xe là:

v = s/t = 600/300 = 2m/s

Ví dụ 7: Một đầu tàu kéo một đoàn tàu chuyển động từ ga A tới ga B trong 15 phút với vận tốc 30km/h. Tại ga B đoàn tàu được mắc thêm toa và do đó chuyển động đến từ ga B đến ga C với vận tốc nhỏ hơn trước 10km/h. Thời gian đi từ ga B đến ga C là 30 phút. Tính công của đầu tàu đã sinh ra biết rằng lực kéo của đầu tàu không đổi là 40000N.

Lời giải

Quãng đường đi từ ga A tới ga B là:

S₁ = v₁.t₁ = 30.1/4 = 7,5 km
Quãng đường đi từ ga B tới ga C là:

S₂ = v₂.t₂ = 20.1/2 = 10 km

Quãng đường đi từ ga A tới ga C là:

S = S₁ + S₂ = 17,5km = 17500 m

Công của đầu tàu đã sinh ra là:

A = F.S = 40000.17500 = 700000000 J

Ví dụ 8: Hơi nước có áp suất không đổi là p = 6.105 N/m2 được dẫn qua van vào trong xilanh và đẩy pit-tông chuyển động từ vị trí AB đến vị trí A’B’ (H.13.1). Thể tích của xilanh nằm giữa hai vị trí AB và A’B’ của pít – tông là V = 15dm³. Chứng minh rằng công của hơi nước sinh ra bằng thể tích của p và V. Tính công đó ra J.

Lời giải

Ta có: V = 15 dm³ = 0,015 m³

Lực hơi nước tác dụng lên pit-tông là F = p.S (trong đó S là diện tích bề mặt của pit – tông).

Gọi h là quãng đường dịch chuyển của pit – tông thì thể tích của xi –lanh giữa hai vị trí AB và A’B’ của pittông là: V = S.h

⇒F = p.V/h

Công của hơi sinh ra là:

A = F.h = p.V/h.h = p.V (đpcm)

Vậy A = p.V = 6.105.0,015 = 9000 J.

Hy vọng sau khi đọc xong bài viết của THPT CHUYÊN LAM SƠN đã chia sẻ phía trên có thể giúp các bạn nhớ được công thức tính công cơ học để áp dụng vào làm bài tập