1. Định luật về công

- 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.

- Trong thực tế, ở các máy cơ đơn giản bao giờ cũng có ma sát. Do đó công thực hiện phải dùng 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 (A1) và công toàn phần (A2) gọi là hiệu suất của máy

- Ví dụ: Mỗi ròng rọc động cho ta lợi 2 lần về lực thì lại thiệt 2 lần về đường đi.

2. Kiến thức rộng về công học và các biểu thức liên quan đến công

- 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: Một đầu tàu hỏa kéo các toa tàu chuyển động, ta nói lực kéo của đầu tàu thực hiện công cơ học, hay đầu tàu thực hiện công cơ học.

- Công của lực là tích phân đường của thành phần lực tiếp tuyến theo quỹ đạo của điểm tác dụng lực. A = F × s × cosα

- Trong đó:

+ A: công cơ học gọi tắt là công (J)

+ s: quãng đường dịch chuyển (m)

+ F: độ to của lực tác dụng (N)

+ α:là góc hợp bởi véc tơ lực và véc tơ chuyển dời.

- Công cơ học là đại lượng vô hướng có thể âm, dương, hoặc bằng 0 phụ thuộc vào góc hợp bởi phương của lực tác dụng và hướng chuyển dời của hoạt động

+ A > 0: công phát động

+ A < 0: lực sinh công âm

+ A = 0: lực không sinh công

- Biểu thức công được nhà toán học người Pháp Gaspard-Gustave đưa ra năm 1826. Trong hệ đơn vị SI công có đơn vị là Jun (J) là đơn vị chung của những dạng năng lượng, từ biểu thức (1) => 1J=1N.1m => 1J là năng lượng sinh ra khi một lực có độ to 1N làm vật dịch chuyển được quãng đường 1m theo phương của lực tác dụng. 2. 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 2 lần về lực thì thiệt 2 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. [ĐÚNG NHẤT] Hãy phát biểu định luật về công (ảnh 3)

- Phương pháp giải bài tập về Công

+ Tính công cơ học khi sử dụng máy cơ đơn giản

+ Khi nâng vật lên đến độ cao h: A = F.s hay A = P.h/H

Trong đó:

+ F là lực kéo vật (N)

+ P là trọng lượng của vật (N)

+ h là độ cao nâng vật (m)

+ H là hiệu suất của mặt phẳng nghiêng

s là:

+ Chiều dài mặt phẳng nghiêng (khi dùng mặt phẳng nghiêng)

+ Độ cao cần nâng vật (khi dùng ròng rọc cố định)

+ Chiều dài của đoạn dây dẫn cần kéo (khi dùng ròng rọc động)

3. Một số bài tập tham khảo

Bài 1 (trang 50 | SGK Vật Lý 8): Hãy so sánh hai lực sau: F2 và F1.

Lời giải:

Ta có: F2 = 1/2 F1

Bài 2 (trang 50 | SGK Vật Lý 8): Hãy so sánh hai quãng đường đã đi được: s2 và s1.

Lời giải: Ta có: s2 = 2.s1

Bài 3 (trang 51 | SGK Vật Lý 8): Để đưa một sự vật có trọng lượng là P = 420N lên cao theo một phương thẳng đứng bằng một ròng rọc động, người ta cần phải kéo đầu dây đi một đoạn dài 8m. Bỏ qua ma sát.

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

b) Tính công nâng vật lên.

Lời giải:

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

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

Sử dụng ròng rọc động có lợi hai lần về lực nhưng lại chịu thiệt hai lần về đường đi nên độ cao đưa sự vật lên thực tế bằng phân nửa quãng đường mà ròng rọc dịch chuyển, nghĩa là:

h = 8 : 2= 4m

b) Công nâng sự vật lên bằng: A = P.h = 420.4 = 1680J.

Bài 4 (trang 39 | Sách bài tập Vật Lí 8) Người ta đưa một vật nặng lên một độ cao h với hai cách. Cách đầu tiên, kéo trực tiếp sự vật lên theo phương thẳng đứng. Cách thứ hai, kéo sự vật theo mặt phẳng nằm nghiêng có chiều dài gấp đôi so với độ cao h. Nếu bỏ qua ma sát ở mặt phẳng nằm nghiêng thì:

A) Công thực hiện ở cách thứ hai lớn hơn bởi vì đường đi là gấp hai lần.

B) Công thực hiện ở cách thứ hai nhỏ hơn bởi vì lực kéo sự vật theo mặt phẳng nghiêng sẽ nhỏ hơn.

C) Công thực hiện ở cách đầu tiên lớn hơn bởi vì lực kéo lớn hơn.

D) Công thực hiện ở cách đầu tiên nhỏ hơn bởi vì đường đi của vật chỉ bằng nửa đường đi của vật ở cách thứ hai. E) Công thực hiện ở hai cách đều là như nhau.

Lời giải: Chọn E

Theo định luật về công thì không tồn tại một máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về công nên công thực hiện ở cả hai cách đều như nhau.

Bài 5 (trang 39 | Sách bài tập Vật Lí 8) Một người đi xe đạp đạp đều từ đoạn chân dốc lên đỉnh dốc cao 5m. Con dốc dài 40m. Tính công mà người đó đã sinh ra. Biết rằng lực ma sát cản trở chiếc xe chuyển động ở trên mặt đường là 20N, xe và người có khối lượng là 60kg.

Tóm tắt: h = 5m; s = 40m; Fms = 20N; m = 60kg Công A = ?

Lời giải: Xe và người có khối lượng m = 60kg,vậy là trọng lượng bằng:

P = 10.m = 10.60 = 600N.

Công hao phí sinh ra do lực ma sát là:

A1 = Fms.s = 20.40 = 800J

Công có ích bằng: A2 = P.h = 600.5 = 3000J Công của người sinh ra bao gồm công đưa được người lên cao và công để thắng được lực ma sát:

A = A1 + A2 = 800J + 3000J = 3800J

Bài 6 (trang 40 | Sách bài tập Vật Lí 8) Người ta nâng một cái vật nặng lên cùng một độ cao bằng với hai cách. Cách đầu tiên, kéo vật nặng bằng một chiếc ròng rọc cố định (hình H.14.3a). Cách thứ hai, kết hợp một chiếc ròng rọc cố định và một chiếc ròng rọc động (hình H.14.3b). Nếu bỏ qua ma sát và trọng lượng của ròng rọc thì:

A) Công thực hiện của hai cách đều bằng nhau.

B) Công thực hiện của cách đầu tiên lớn hơn bởi vì lực kéo bằng trọng lượng của vật.

C) Công thực hiện của cách thứ hai lớn hơn bởi vì phải kéo dây dài hơn.

D) Công thực hiện của cách thứ hai nhỏ hơn bởi vì lực kéo nhỏ hơn trọng lượng của vật.

Lời giải: Chọn A

Vì theo định luật về công thì không có một máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về công nên công thực hiện ở hai cách đều như nhau.

Bài 7 (trang 41 | Sách bài tập Vật Lí 8) Ở trong xây dựng, để nâng một vật nặng lên cao thì người ta thường sử dụng một ròng rọc cố định hoặc là một hệ thống ròng rọc cố định và ròng rọc động (được gọi là palăng), theo hình 14.4.

Phát biểu nào bên dưới đây không đúng về tác dụng của chiếc ròng rọc?

A) Ròng rọc cố định có tác dụng là làm giảm lực nâng vật đi một nửa.

B) Ròng rọc động có tác dụng là làm giảm lực nâng vật.

C) Hệ thống palăng gồm có và một ròng rọc động và một ròng rọc cố định có tác dụng là làm giảm lực nâng vật 2 lần.

D) Hệ thống palăng gồm có một ròng rọc cố định và hai ròng rọc động có tác dụng là làm giảm lực nâng vật 4 lần

Lời giải: Chọn A

Ròng rọc cố định có tác dụng là làm thay đổi hướng của lực kéo so với khi kéo trực tiếp chứ nó không có tác dụng làm giảm lực nâng.