Định luật về công và các dạng bài tập có lời giải cực hay

Trong bài viết dưới đây, THPT CHUYÊN LAM SƠN chi tiết từ A – Z để các bạn cùng tham khảo.

Định luật về công

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.

Trong thực tế, ở các máy cơ đơn giản bao giờ cũng có ma sát, do đó công thực hiện phải để thắng ma sát và nâng vật lên. Công này gọi là công toàn phần, công nâng vật lên là công có ích. Công để thắng ma sát là công hao phí.

Công toàn phần = công có ích + công hao phí

Tỉ số giữa công có ích và công toàn phần gọi là hiệu suất của máy và được kí hiệu là H.

H = A₁/A₂.100%

Trong đó:

• A₁ là công có ích
• A₂ là công toàn phần

Công hao phí càng ít thì hiệu suất của máy càng lớn

• Tham khảo thêm: Công cơ học là gì? Công thức tính công cơ học và bài tập từ A – Z

Các loại máy cơ đơn giản thường gặp

Ròng rọc cố định: Chỉ có tác dụng đổi hướng của lực, không có tác dụng thay đổi độ lớn của lực.

Ròng rọc động: Khi dùng một ròng rọc động cho ta lợi hai lần về lực thì thiệt hai lần về đường đi.

Mặt phẳng nghiêng: Lợi về lực, thiệt về đường đi.

Đòn bẩy: Lợi về lực, thiệt về đường đi hoặc ngược lại.

Bài tập áp dụng định luật về công thường gặp

Ví dụ 1: Người ta đưa vật nặng lên độ cao h bằng hai cách:

Cách 1: Kéo trực tiếp vật lên theo phương thẳng đứng.

Cách 2: Kéo vật theo mặt phẳng nghiêng có chiều dài gấp hai lần độ cao h. Bỏ qua ma sát ở mặt phẳng nghiêng. So sánh công thực hiện trong hai cách. Phát biểu nào sau đây đúng?

A. Công thực hiện cách 2 lớn hơn vì đường đi lớn hơn gấp hai lần.

B. Công thực hiện cách 2 nhỏ hơn vì lực kéo trên mặt phẳng nghiêng nhỏ hơn.

C. Công thực hiện ở cách 1 lớn hơn vì lực kéo lớn hơn.

D. Công thực hiện ở hai cách đều như nhau.

Lời giải

Chọn đáp án D: Không một máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về công, được lợi bao nhiều lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.

Cách 1: lợi về đường đi, thiệt về lực.

Cách 2: lợi về lực, thiệt về đường đi.

Ví dụ 2: Kéo đều hai thùng hàng, mỗi thùng nặng 500N lên sàn ô tô cách mặt đất 1m bằng tấm ván đặt nghiêng (ma sát không đáng kể). Kéo thùng thứ nhất, dùng tấm ván dài 4m. Kéo thùng thứ hai, dùng tấm ván dài 2m.

Hỏi:

a. Trong trường hợp nào người ta kéo với lực nhỏ hơn và nhỏ hơn bao nhiêu lần?

b. Trường hợp nào thì tốn nhiều công hơn?

c. Tính công của lực kéo thùng hàng theo mặt phẳng nghiêng lên sàn ô tô.

Lời giải:

a. Trường hợp thứ nhất: lực kéo nhỏ hơn 2 lần.

b. Trong cả 2 trường hợp, công của lực kéo bằng nhau.

c. Vì không có ma sát nên công của lực kéo trên mặt phẳng nghiêng cũng bằng công nâng trực tiếp vật lên sàn ô tô:

A = F.S = P.h = 500.1 = 500J.

Ví dụ 3:Để đưa một vật có trọng lượng P = 420N lên cao theo phương thẳng đứng bằng ròng rọc động, người ta phải kéo đầu dây đi một doạn là 8m. Bỏ qua ma sát.

a. Tính lực kéo và độ cao đưa vật lên.

b. Tính công nâng vật lên.

Lời giải:

a. Khi kéo vật lên đều bằng ròng rọc động thì lực kéo chỉ bằng phân nửa trọng lượng của vật, nghĩa là:

F = P/2 = 420/2 = 210N

Dùng ròng rọc động lợi hai lần về lực nhưng thiệt hai lần về đường đi nên độ cao đưa vật lên thực tế bằng phân nửa quãng đường dịch chuyển của ròng rọc, nghĩa là:

h = 8 : 2= 4m

b. Công nâng vật lên là: A = P.h = 420.4 = 1680J.

Ví dụ 4: Người ta kê một tấm ván để kéo một cái hòm khối lượng 60kg lên một xe tải. Sàn xe tải cao 0,8m, tấm ván dài 2,5m, lực kéo bằng 300N. Tính lực ma sát giữa đáy hòm và mặt ván. Tính hiệu suất của mặt phẳng nghiêng.

Lời giải:

Vật nặng có khối lượng 60kg nghĩa là trọng lượng bằng:

P = 10.m = 10.60 = 600N.

Công của lực kéo vật lên theo mặt phẳng nghiêng là:

A = F.l = 300.2,5 = 750J.

Công của lực kéo trực tiếp vật theo phương thẳng đứng là:

A₁ = P. h = 600N.0,8m = 480J.

Công của lực ma sát giữa đáy hòm và mặt ván là:

A_Fms = A – A₁ = 750 – 480 = 270J.

Mặt khác: A_Fms = F_ms.s = F_ms.l (vì s = l).

Suy ra lực ma sát giữa đáy hòm và mặt ván là: Fms = 270/2,5 = 108N.

Hiệu suất của mặt phẳng nghiêng là:

H = A₁/A.100% = 480/750.100% = 64%

Ví dụ 5: Để đưa vật có trọng lượng P = 500N lên cao bằng ròng rọc động phải kéo dây đi một đoạn 8m. Lực kéo, độ cao đưa vật lên và công nâng vật lên là bao nhiêu?

Lời giải

Ta có:

Khi dùng một ròng rọc động cho ta lợi 2 lần về lực thì thiệt 2 lần về đường đi

Ta suy ra:

Lực kéo của vật : F = P/2 = 500/2 = 250 N

Gọi h là độ cao nâng vật lên, s = 8 m, ta có: s = 2h → h = s/2= 8/2= 4 m

Công nâng vật lên là: A = Fs = Ph=500.4 = 2000J

Hy vọng với những thông tin mà chúng tôi vừa chia sẻ có thể giúp các bạn hiểu được định luật về công để vận dụng vào làm bài tập nhé. Hãy thường xuyên theo dõi https://thptchuyenlamson.vn/ để được chia sẻ những kiến thức bổ ích về Toán học, Vật lý, Hóa học,..