Công và Công Suất, Công thức tính và Bài tập vận dụng - Vật lý 10 bài 24

Trong bài này chúng ta tìm hiểu về khái niệm công trong trường hợp tổng quát? Công suất là gì? Công thức tính Công và Công suất viết thế nào? qua đó vận dụng giải các bài tập về Công và công suất để hiểu rõ hơn về nội dung lý thuyết.

I. Công là gì?

1. Khái niệm về công

- Một lực sinh công khi nó tác dụng lên một vật và làm vật chuyển dời.

- Dưới tác dụng của lực  vật chuyển dời một đoạn s theo hướng của lực thì công do lực sinh ra là: A = F.s

2. Định nghĩa về công trong trường hợp tổng quát

- Xét một máy kéo, kéo một cây gõ trượt trên đường bằng một sợi dây căng như hình sau:

- Chỉ có lực thành phần  của  sinh công, công này là công của lực  được tính theo công thức: A = F_s.MN = F_s.s

- Gọi α là góc tạo bởi lực  và hướng chuyển dời , ta có: F_s = Fcosα.

◊ Vậy công trong trường hợp tổng quát được phát biểu như sau:

- Khi lực  không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc α thì công thực hiện bởi lực đó được tính theo công thức:

 A = F.s.cosα

3. Biện luận

◊ Tùy theo giá trị của cosα ta có các trường hợp sau:

° α nhọn, cosα > 0 ⇒ A > 0: Khi đó A là công phát động

° α = 90⁰, cosα = 0 ⇒ A = 0: Khi điểm đặt của lực chuyển dời theo phương vuông góc với lực thì sinh công A = 0.

° α tù, cosα < 0 ⇒ A < 0: Khi đó A là công cản (công âm).

4. Đơn vị công là gì

- Đơn vị của công là Jun, ký hiệu J;

 A = 1N.1m = 1N.m = 1J

- Jun là công do lực có độ lớn 1N thực hiện khi điểm đặt của lực chuyển dời 1m theo hướng của lực.

5. Chú ý

- Các công thức tính công chỉ đúng khi điểm đặt của lực chuyển dời thẳng và lực không đổi trong quá trình chuyển dời.

II. Công suất

1. Công suất là gì?

- Khái niệm: Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.

- Công thức tính công suất: 

- Cũng có thể nói công suất của một lực đo tốc độ sinh công của lực đó.

2. Đơn vị của công suất là gì

- Ta có: 

- Nếu A = 1J, t = 1s thì  (1 oát)

- Oát là công suất của một thiết bị thực hiện công bằng 1J trong thời gian 1s

- Đơn vị công suất là: Oát (W)

 1W.h = 3600J; 1Kwh = 3600kJ (gọi là 1 kí điện)

 Ngoài ra người ta còn dùng đơn vị mã lực:

 1CV (Pháp) = 736W; 1HP (Anh) = 746W

* Bảng công suất trung bình

3. Chú ý

- Khái niệm công suất cũng được mở rộng cho các nguồn phát năng lượng không phải dưới dạng sinh công cơ học. Ví dụ: Lò nung, nhà máy điện,...

- Công suất tiêu thụ của 1 thiết bị tiêu thụ năng lượng là đại lượng đo bằng năng lương tiêu thụ trong 1 đơn vị thời gian.

III. Bài tập về Công và Công suất

* Bài 1 trang 132 SGK Vật Lý 10: Phát biểu định nghĩa công và đơn vị công. Nêu ý nghĩa của công âm.

° Lời giải bài 1 trang 132 SGK Vật Lý 10:

- Định nghĩa công: Khi lực  không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc α thì công thực hiện bởi lực đó được tính bằng theo công thức.

 A = F.s.cosα

- Đơn vị của công là Jun (kí hiệu là J)

- Ý nghĩa của công âm: là công của lực cản trở chuyển động.

* Bài 2 trang 132 SGK Vật Lý 10: Phát biểu định nghĩa công suất và đơn vị công suất. Nêu ý nghĩa vật lý của công suất?

° Lời giải bài 2 trang 132 SGK Vật Lý 10:

- Định nghĩa công suất: Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.

- Công thức tính Công suất: 

- Đơn vị công suất: Oát (W)

- Ý nghĩa của công suất: so sánh khả năng thực hiện công của các máy trong cùng một thời gian.

* Bài 3 trang 132 SGK Vật Lý 10: Đơn vị nào sau đây KHÔNG phải là đơn vị của công suất?

 A. J.s    B. W    C. N.m/s    D. HP

° Lời giải bài 3 trang 132 SGK Vật Lý 10:

◊ Chọn đáp án: A. J.s

- Đơn vị của công suất là oát: W, ngoài ra còn được đo bằng các đơn vị HP và N.m/s. 1HP = 746W.

* Bài 4 trang 132 SGK Vật Lý 10: Công có thể biểu thị bằng tích của

A. Năng lượng và khoảng thời gian

B. Lực, quãng đường đi được và khoảng thời gian

C. Lực và quãng đường đi được

D. Lực và vận tốc

Chọn đáp án đúng

° Lời giải bài 4 trang 132 SGK Vật Lý 10:

◊ Chọn đáp án: C. Lực và quãng đường đi được

- Trong trường hợp góc α = 0 hay cosα = 1 thì công có thể được biểu thị bằng tích của lực và quãng đường đi được.

* Bài 5 trang 132 SGK Vật Lý 10: Một lực  không đổi liên tục kéo một vật chuyển động với vận tốc  theo hướng của . Công suất của lực  là:

A. Fvt     B.Fv     C.Ft     D.Fv²

° Lời giải bài 5 trang 132 SGK Vật Lý 10:

◊ Chọn đáp án: B.Fv

- Công thức tính công suất: 

* Bài 6 trang 133 SGK Vật Lý 10: Một người kéo một hòm gỗ khối lượng 80 kg trượt trên sàn nhà bằng một dây có phương hợp góc 30^o so với phương nằm ngang. Lực tác dụng lên dây bằng 150 N. Tính công của lực đó khi hòm trượt đi được 20 m.

° Lời giải bài 6 trang 133 SGK Vật Lý 10:

- Từ công thức tính công, ta có:

* Bài 7 trang 133 SGK Vật Lý 10: Một động cơ điện cung cấp công suất 15 kW cho một cần cẩu nâng 1000 kg lên cao 30 m. Lấy g = 10 m/s². Tính thời gian tối thiểu để thực hiện công việc đó?

° Lời giải bài 7 trang 133 SGK Vật Lý 10:

- Công mà cần cẩu đã thực hiện để nâng vật lên cao 30m là:

- Lực F ở đây là trọng lực P = mg, góc hợp bởi  và phương chuyển động s là α = 0⁰.

 A = F.s.cosα = m.g.s.cosα = 1000.10.30.cos0^o = 300000(J)

- Thời gian tối thiểu để thực hiện công việc đó là, từ công thức: