Động Năng Là Gì? Định Lý Và Công Thức Tính Động Năng
Lý thuyết về động năng là một trong những nội dung trọng tâm mà các em học sinh sẽ học trong chương trình vật lý lớp 10. Trong đó, các em cần nắm rõ các kiến thức động năng là gì, định lý và công thức tính như thế nào? Để học tốt nội dung này, Team Marathon Education sẽ cùng các em tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây.
>>> Xem thêm: Thế Năng Là Gì? Công Thức Tính Thế Năng Trọng Trường Và Thế Năng Đàn Hồi
Động năng là gì?
Động năng là dạng năng lượng mà một vật có được từ chuyển động của nó. Ngoài ra, động năng còn được hiểu là công cần thực hiện để một vật từ trạng thái nghỉ tăng tốc đến vận tốc hiện tại của nó. Vật sẽ duy trì động năng không đổi sau khi đạt được phần năng lượng này (trừ trường hợp tốc độ của vật thay đổi).
>>> Xem thêm: Cơ năng là gì và công thức tính cơ năng
Công thức tính động năng
\begin{aligned}
&\footnotesize{\text{Xét một vật có khối lượng m chuyển động dưới tác dụng của một lực }\vec{F}}\\
&\footnotesize{(\vec{F}\text{ không đổi và vật chuyển động dọc theo giá của lực } \vec{F})}\\
&\footnotesize{\text{Khi vật đi được quãng đường s, vận tốc của vật biến thiên từ } \vec{v_1}\ \text{đến}\ \vec{v_2}:}
\end{aligned}
v_2^2-v_1^2=2as\ mà\ a=\frac{F}{m}
Nên ta có:
v_2^2-v_1^2=2as\ mà\ a=\frac{F}{m} \\\implies\frac{1}{2}mv_2^2-\frac{1}{2}mv_1^2=F.s=A
\begin{aligned}
&\footnotesize\text{Trong trường hợp vật bắt đầu thay đổi từ trạng thái nghỉ } v_1 = 0,\\
&\footnotesize\text{dưới tác dụng của lực }\vec{F}\text{ đạt đến tốc độ }v_2 = v \text{ thì ta có:}
\end{aligned}
\frac{1}{2}mv^2=A
Từ đó, các em có được công thức tính động năng là:
W_đ=\frac{1}{2}mv^2
Trong đó:
- Wđ là động năng (đơn vị tính là Jun, ký hiệu là J).
- m: Khối lượng của vật (kg).
- v: Vận tốc của vật (m/s).
Độ biến thiên động năng (Định lý động năng)
Độ biến thiên động năng của một vật bất kì bằng công của ngoại lực tác dụng vào vật đó.
A_{12}=W_{đ_2}-W_{đ_1}=\frac{1}{2}mv^2_2-\frac{1}{2}mv^2_1
\begin{aligned}
&\footnotesize{\text{Trong đó:}}\\
&\footnotesize{\bull\ A_{12} \text{ là công của ngoại lực tác dụng lên vật}}\\
&\footnotesize{\bull\ \frac{1}{2}mv_2^2\ \text{là động năng lúc sau của vật}}\\
&\footnotesize{\bull\ \frac{1}{2}mv_2^1\ \text{là động năng ban đầu của vật}}\\
\end{aligned}
Hệ quả:
- Lực tác dụng lên vật sinh công dương: động năng của vật tăng.
- Lực tác dụng lên vật sinh công âm: động năng của vật giảm.
Bài tập vận dụng
Bài tập 1 (Bài 5 Trang 136 SGK Lý 10)
Một vật có trọng lượng 1,0 N và có động năng 1.0 J (với g = 10 m/s2). Lúc này vận tốc của vật đó bằng bao nhiêu?
Lời giải:
Khối lượng của vật là:
m=\frac{P}{g}=\frac{1,0}{10}=0,1\ (kg)
Vận tốc của vật là:
\small{W_đ=\frac{1}{2}mv^2\implies v=\sqrt{\frac{2W_đ}{m}}=\sqrt{\frac{2.1,0}{0,1}}=\sqrt{20}=4,47\ (m/s)}
Bài tập 2 (Bài 6 Trang 136 SGK Lý 10)
Một ô tô có khối lượng 1000kg chuyển động với vận tốc 80km/h. Lúc đó, động năng của ô tô là bao nhiêu?
Lời giải:
\begin{aligned}
\small
& \text{Ta có: v = 80km/h = }\frac{200}{9}m/s
\\
& {W_đ=\frac{1}{2}mv^2=\frac{1}{2}.1000.(\frac{200}{9})^2=2,469.10^5(J)}
\end{aligned}
Bài tập 3 (Bài 7 Trang 136 SGK Lý 10)
Tính động năng của một người nam chạy bộ có khối lượng 70 kg chạy đều hết quãng đường 400 m trong thời gian 45 s.
Lời giải:
Động năng của vận động viên là:
\begin{aligned}
\small{W_đ=\frac{1}{2}mv^2=\frac{1}{2}m(\frac{s}{t})^2=\frac{1}{2}.70.(\frac{400}{45})^2=2765,4(J)}
\end{aligned}
Bài tập 4 (Bài 8 Trang 136 SGK Lý 10)
Một vật khối lượng m = 2 kg đang nằm yên trên một mặt phẳng ngang không ma sát. Dưới tác dụng cả lực nằm ngang 5 N, vật chuyển động và đi được 10 m. Tính vận tốc của vật ở cuối sự chuyển dời đó.
Lời giải:
\begin{aligned}
& \small \text{Gia tốc của vật: } a = \frac{F}{m} = \frac52 = 2,5 \ m/s^2
\\
& \small \text{Theo định lý động năng: } A = \frac12mv_2^2 - \frac12mv_1^2
\\
& \small \iff F.s = \frac12mv_2^2
\\
& \small v = \sqrt{\frac{2Fs}{m}} = \sqrt{\frac{2.5.10}{2}} = \sqrt{50} \approx 7,1 \ m/s
\end{aligned}
Tham khảo ngay các khoá học online của Marathon Education
Marathon Education đã cung cấp cho các em những kiến thức về động năng qua bài viết trên. Các em hãy theo dõi Marathon mỗi ngày để học online nhiều kiến thức hữu ích khác. Chúc các em đạt được điểm số cao trong những kì thi sắp tới!
