MỤC TIÊU
- Phân tích ví dụ cụ thể để rút ra được: công có giá trị bằng lực nhân với quãng đường dịch chuyển theo hướng của lực, công suất là tốc độ thực hiện công.
- Liệt kê được một số đơn vị thường dùng đo công và công suất.
- Tính được công và công suất trong một số trường hợp đơn giản.
TÓM TẮT KIẾN THỨC
Khởi động
Cẩn cẩu được dùng để nâng các kiện hàng từ dưới thấp lên cao hoặc bốc dỡ các kiện hàng từ trên cao xuống vị trí thấp hơn. Làm thế nào để biết cần cẩu nào hoàn thành công việc nhanh hơn?
Để biết cần cẩu nào hoàn thành việc nhanh hơn ta sẽ xét:
- Cho các cần cẩu cùng thực hiện một việc, cần cẩu nào thực hiện trong thời gian lớn hơn thì cần cẩu đó làm chậm hơn.
- Xét trong cùng một thời gian làm việc, cần cẩu nào làm được nhiều việc hơn thì cần cẩu đó làm nhanh hơn.
1. Công
Trong tự nhiên, khi các vật tương tác với nhau, năng lượng có thể được truyền từ vật này sang vật khác. Có hai hình thủc truyền náng lượng cơ bản, đó là truyền nhiệt và thực hiện công. Ta đã tìm hiểu sự truyền nhiệt trong chương trình Khoa học tự nhiên lớp 8.
Trong bài này, ta chỉ xét hình thức truyền năng lượng bằng cách thực hiện công.
Lập biểu thức tính công
Hình 3.1 mô tả một người tác dụng một lực F theo phương nằm ngang để làm một kiện hàng dịch chuyển trên mặt sàn bằng phẳng. Sau khi dịch chuyển một quãng đường 5 trên sàn, kiện hàng có tốc độ v, nghĩa là nó có một động năng nhất định.
Khi một lực tác dụng lên vật làm vật dịch chuyển một quãng đường theo hướng của lực, người ta nói lực đã thực hiện một công cơ học. Công cơ học thường được gọi tắt là công.
Công là số đo phẩn năng lượng mà vật nhận vào hoặc mất đi do tương tác với vật khác.
Trong ví dụ trên, kiện hàng nhận công nên nó có động năng.
Thảo luận
Câu hỏi 1: Trong đời sống hẳng ngày, người ta thường nói người nông dân gặt lúa, nhân viên thu ngân làm việc tại quầy, học sinh ngồi làm bài tập,... đều đang "tốn công sức". Đó có phải là công cơ học không? Vì sao?
Công cơ học sinh ra từ một lực tương tác với một vật và làm vật đó di chuyển được một quãng đường theo hướng của lực. Các ví dụ trên đều không phải công cơ học vì:
- Người nông dân gặt lúa: gặt là tác động làm cắt rời lúa.
- Nhân viên thu ngân làm việc tại quầy: không có lực tác dụng làm vật nào chuyển động theo hướng của lực.
- Học sinh ngồi làm bài tập: không có lực tác dụng làm vật nào chuyển động theo hướng của lực.
Thảo luận
Câu hỏi 2: Nếu lực tác dụng lên vật có phương vuông góc với hướng dịch chuyển của vật thì công thực hiện bởi lực đó bằng bao nhiêu?
Nếu lực tác dụng lên vật có phương vuông góc với hướng dịch chuyển của vật thì công thực hiện bởi lực đó bằng không.
Ghi nhớ
- Công của lực được xác định bởi biểu thức:A = FsTrong đó A (J) là công của lực F, F (N) là độ lớn của lực, s (m) là quãng đường dịch chuyển theo hướng của lực.
- Các đơn vị đo công thường dùng là jun (J), calo (cal), BTU (British Thermal Unit),...1 kJ (kilojun) = 1 000 J1 MJ (megajun) = 1 000 000 J1 cal (calo) = 4,186 J1 BTU (British Thermal Unit)= 1 055 J
Củng cố kiến thức
Một xe nâng tác dụng một lực hướng lên, có độ lớn 2 000 N để nâng kiện hàng từ mặt đất lên độ cao 1,4 m. Tính còng cứa lực nâng.
- Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức đã học về công cơ học: A = Fs
- Lời giải chi tiết:
Công của lực nâng này là:
A = Fs = 2 000.1,4 = 4 800 (J)
2. Công suất
Trong một trang trại, nếu dùng máy cày A để cày 2 mẫu đẩt thì mất 30 phút, nếu dùng máy cày B để cày 1 mẫu đất thì mất 10 phút. Máy cày nào hoàn thành công việc nhanh hơn?
Tìm hiểu công suất
Để biết máy cày nào hoàn thành công việc nhanh hơn, người ta so sánh tốc độ thực hiện công, hay công thực hiện trong một đơn vị thời gian.
Thảo luận
Câu hỏi 3: Trong tình huống đã nêu, nếu xét trong một phút thì máy cày nào thực hiện được công lớn hơn?
- Máy cày A cày 2 mẫu đất mất 30 phút.
=> Trong 1 phút máy cày A cày được: 2 : 30 = 1/15 (mẫu đất).
- Máy cày B cày 1 mẫu đất mất 10 phút.
=> Trong 1 phút máy cày B cày được: 1 : 10 = 1/10 (mẫu đất).
Vậy: máy cày B thực hiện được công lớn hơn máy cày A.
Ghi nhớ
- Công suất là đại lượng đặc trưng cho tốc độ thực hiện công và được xác định bởi công thực hiện trong một đơn vị thời gian.\[P = \frac{A}{t}\]Trong đó P (W) là công suất, A (J) là công thực hiện, t (s) là thời gian thực hiện công. Công suất càng lớn thì tốc độ thực hiện công càng nhanh.
- Trong hệ SI, đơn vị đo công suất là oát (W). Trong trường hợp công suất lớn, người ta còn dùng đơn vị: kilôoát (kW), mêgaoát (MW).
• 1 kw = 1 000 W;
• 1 MW = 1 000 kW = 1 000 000 W.
- Ngoài hệ SI, công suất còn được đo bằng các đơn vị thông dụng khác như:
• Đơn vị mã lực Anh, kí hiệu là HP (Horse Power): 1 HP = 746 W.
• Đơn vị mã lực Pháp, kí hiệu là CV (Cheval Vapeur): 1 CV = 736 W.
• Đơn vị BTU/h: 1 BTU/h = 0,293 W.
Củng cố kiến thức
Cần cẩu A nâng được kiện hàng 2 tấn lên cao 5 m trong 1 phút. Cần cẩu B nâng được kiện hàng 1,5 tấn lên cao 8 m trong 40 s. Xem lực nâng bằng với trọng lượng của kiện hàng. So sánh công suất của hai cần cẩu.
Vận dụng kiến thức
Trong mỗi nhịp đập, tìm người thực hiện một công xấp xỉ 1 J.
a) Tính công suất của tim, biết trung bình cứ một phút tim đập 72 lần.
b) Áp hai ngón tay vào vị trí động mạch trên cổ tay của em và đếm số lần tim đập trong một phút, từ đó tính công suất của tim.
- Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức đã học về đại lượng công suất: \[P = \frac{A}{t}\]
- Lời giải chi tiết:
a) Trong một phút, tim thực hiện được một công là: A = 1.72 = 72 (J)
Công suất của tim là: \[P = \frac{A}{t} = \frac{{72}}{{60}} = 1,2(W)\]
b) Học sinh tự thực hiện và đếm.
Mở rộng
Khái niệm công suất còn được mở rộng cho các nguồn phát năng lượng hoặc các thiết bị tiêu thụ năng lượng không phải bằng hình thức công cơ học. Trong trường hợp dó, công suất được hiếu là năng lượng phát ra hoặc năng lượng tiêu thụ trong một dơn vị thời gian.
BÀI TẬP
Đang cập nhật
