Công cơ học hình thành khi lực làm vật dịch chuyển thế nào?

Vì vậy, để xác định một lực có thực hiện công hay không, cần xét đồng thời độ lớn của lực, độ dịch chuyển và góc giữa phương của lực với phương dịch chuyển.

Công cơ học là gì?

Công cơ học là đại lượng biểu thị phần tác dụng của lực làm vật dịch chuyển theo phương của lực hoặc theo thành phần của lực cùng phương với độ dịch chuyển.

Trong trường hợp lực không đổi và cùng phương với chuyển động, công được tính bằng:

A = F.s

Trong đó:

·         A Là công cơ học, đơn vị là jun (J)

·         F Là độ lớn của lực tác dụng, đơn vị là niutơn (N)

·         s Là độ dịch chuyển của vật theo phương xét công, đơn vị là mét (m)

Từ công thức có thể thấy công tăng khi lực lớn hơn hoặc độ dịch chuyển lớn hơn, nếu các yếu tố khác không đổi.

Ví dụ, khi dùng lực kéo một thùng hàng trên mặt sàn và thùng dịch chuyển theo đúng hướng kéo, lực kéo đã thực hiện công cơ học lên thùng.

Khi nào lực thực hiện công cơ học?

Một lực thực hiện công cơ học khi lực đó tác dụng lên vật và vật có độ dịch chuyển phù hợp với phương tác dụng của lực.

Có thể xét ba trường hợp cơ bản:

·         Lực cùng hướng với độ dịch chuyển: Công của lực dương và có giá trị A=F.s

·         Lực ngược hướng với độ dịch chuyển: Công của lực âm

·         Lực vuông góc với độ dịch chuyển: Công của lực bằng 0

Điều này cho thấy có lực chưa đủ để kết luận lực đã thực hiện công. Độ dịch chuyển và phương tác dụng của lực cũng quyết định công có xuất hiện và có giá trị như thế nào.

Lực, độ dịch chuyển và phương tác dụng liên hệ với công như thế nào?

Khi lực F hợp với hướng dịch chuyển một góc α, công của lực được xác định bởi:

A = F.s.cosα

Công thức này cho thấy chỉ thành phần của lực theo hướng dịch chuyển mới trực tiếp tạo ra công.

Lực cùng phương với độ dịch chuyển

Khi α=0∘, ta có:

cos0° = 1

Do đó:

A = F.s

Đây là trường hợp đơn giản nhất. Chẳng hạn, lực kéo tác dụng theo hướng chuyển động của xe thì toàn bộ độ lớn của lực kéo góp phần thực hiện công.

Lực vuông góc với độ dịch chuyển

Khi α=90∘, ta có:

cos90° = 0

Suy ra:

A = 0

Ví dụ, khi một vật chuyển động theo phương ngang, nếu xét riêng trọng lực có phương thẳng đứng thì trọng lực vuông góc với độ dịch chuyển ngang. Vì vậy, công của trọng lực trong đoạn chuyển động ngang đó bằng 0.

Lực ngược hướng với độ dịch chuyển

Khi α=180∘, ta có:

cos180° = -1

Suy ra:

A = -F.s

Công âm thể hiện lực có hướng ngược với độ dịch chuyển. Ma sát trượt là trường hợp thường gặp: khi vật trượt trên bề mặt, lực ma sát thường hướng ngược chiều chuyển động nên công của lực ma sát là công âm.

Công cơ học phụ thuộc vào những đại lượng nào?

Với một lực không đổi, công cơ học phụ thuộc vào ba yếu tố trong công thức tổng quát:

A = F.s.cosα

·         Độ lớn của lực F: Lực càng lớn thì công càng lớn nếu độ dịch chuyển và góc không đổi

·         Độ dịch chuyển s: Vật dịch chuyển càng nhiều theo hướng xét công thì độ lớn công càng lớn

·         Góc α giữa lực và độ dịch chuyển: Góc này quyết định phần lực thực sự cùng hướng với độ dịch chuyển

Do đó, không thể chỉ dựa vào độ lớn của lực để đánh giá công. Hai lực có cùng độ lớn nhưng khác phương so với độ dịch chuyển có thể thực hiện những công khác nhau.

Đơn vị của công cơ học là gì?

Trong hệ SI, công cơ học được đo bằng jun (J).

Từ công thức A=F.s, ta có:

1 J = 1 N.m

Nghĩa là một lực có độ lớn 1 N thực hiện công 1 J khi làm điểm đặt của lực dịch chuyển 1 m theo hướng của lực.

Khi giải bài tập, cần đổi lực về niutơn và độ dịch chuyển về mét trước khi áp dụng công thức để kết quả thu được tính bằng jun.

Cần phân biệt lực tác dụng với lực thực hiện công

Một vật có thể chịu nhiều lực cùng lúc nhưng không phải lực nào cũng thực hiện công khác 0.

Ví dụ, một vật đang được kéo chuyển động trên mặt phẳng ngang có thể chịu lực kéo, trọng lực, phản lực của mặt phẳng và lực ma sát. Với đoạn chuyển động ngang:

·         Lực kéo có thành phần cùng hướng dịch chuyển nên thực hiện công dương

·         Lực ma sát ngược hướng dịch chuyển nên thực hiện công âm

·         Trọng lực vuông góc với độ dịch chuyển nên công bằng 0

·         Phản lực vuông góc với độ dịch chuyển nên công bằng 0

Vì vậy, khi xác định công của một lực, cần xét quan hệ phương và chiều giữa lực đó với độ dịch chuyển, thay vì chỉ nhìn vào việc lực có tồn tại hay không.

Công cơ học hình thành khi lực tác dụng lên vật làm vật dịch chuyển. Với lực không đổi, mối quan hệ đầy đủ giữa công, lực, độ dịch chuyển và phương tác dụng được biểu diễn bằng A=F.s.cosα. Khi lực cùng hướng chuyển động, công bằng F.s; khi lực vuông góc với chuyển động, công bằng 0; còn khi lực ngược hướng chuyển động, công mang giá trị âm. Đây là cơ sở để xác định và tính công của từng lực trong các bài toán cơ học.