Công Và Công Suất
Khái niệm công cơ học, công suất, các công thức tính & điều kiện có công
Trong tự nhiên, năng lượng có thể được truyền từ vật này sang vật khác thông qua hai hình thức phổ biến: truyền nhiệt và thực hiện công.
Khi một người đẩy xe hàng trên mặt sàn ngang, lực đẩy làm xe dịch chuyển một quãng đường — xe nhận được năng lượng và có động năng. Phần năng lượng được truyền từ người sang xe chính là công cơ học (gọi tắt là công).
• $F$: lực tác dụng lên vật (N)
• $s$: quãng đường vật dịch chuyển theo hướng của lực (m)
• $A$: công cơ học (J – Jun)
▸ Đơn vị của công
Đơn vị của công là Jun (J): $1$ J $= 1$ N $\cdot 1$ m $= 1$ Nm.
$A = F \cdot s = 800 \times 2{,}5 = \mathbf{2\,000}$ J $= 2$ kJ.
Để có công cơ học, cần đồng thời 2 điều kiện:
- Có lực tác dụng lên vật.
- Vật dịch chuyển theo hướng của lực (hoặc có thành phần dịch chuyển theo hướng của lực).
• Đẩy xe hàng dịch chuyển trên sàn.
• Vận động viên ném quả tạ đi xa.
• Kéo gàu nước từ giếng lên.
• Học sinh ngồi học bài (không có lực tác dụng làm dịch chuyển).
• Mang vật đi đều theo phương ngang (lực giữ vật vuông góc với dịch chuyển).
▸ Trường hợp đặc biệt: mang vật đi ngang
Khi mang vật đi theo phương ngang:
- Lực giữ vật hướng thẳng đứng lên (chống lại trọng lực).
- Vật dịch chuyển theo phương ngang.
- Lực vuông góc với hướng dịch chuyển → công bằng 0.
• Công khi nhấc lên: $A_1 = F \cdot h = 50 \times 1{,}2 = 60$ J ($F = 10m = 50$ N).
• Công khi mang đi ngang: $A_2 = 0$ J (lực vuông góc dịch chuyển).
• Tổng công: $A = A_1 + A_2 = \mathbf{60}$ J.
Khi đánh giá hiệu quả làm việc, ta không chỉ quan tâm đến công thực hiện được bao nhiêu, mà còn quan tâm đến việc công đó được thực hiện nhanh hay chậm.
Đại lượng đặc trưng cho tốc độ thực hiện công gọi là công suất.
• $A$: công thực hiện được (J)
• $t$: thời gian thực hiện công (s)
• $\mathscr{P}$: công suất (W – Oát)
▸ Đơn vị công suất
Đơn vị của công suất là Oát (W): $1$ W $= \dfrac{1 \text{ J}}{1 \text{ s}}$ — tức là mỗi giây thực hiện được $1$ J công.
▸ Ý nghĩa
Công suất càng lớn → thực hiện công càng nhanh. Khi cùng thực hiện một công $A$, ai mất ít thời gian hơn thì công suất lớn hơn.
$\dfrac{\mathscr{P}_{máy}}{\mathscr{P}_{trâu}} = \dfrac{t_{trâu}}{t_{máy}} = \dfrac{180\text{ phút}}{20\text{ phút}} = \mathbf{9}$ → máy cày có công suất gấp $9$ lần trâu.
• Công: $A = F \cdot s = 150 \times 10 = 1\,500$ J.
• Công suất: $\mathscr{P} = \dfrac{A}{t} = \dfrac{1\,500}{25} = \mathbf{60}$ W.
Khi vật chuyển động đều (vận tốc $v$ không đổi) dưới tác dụng của lực $F$ không đổi, ta có:
$\mathscr{P} = F \cdot v = 250 \times 2 = \mathbf{500}$ W.
▸ Công và năng lượng
Công suất còn được dùng để mô tả tốc độ chuyển hoá năng lượng ở các dạng khác như nhiệt năng, điện năng. Ví dụ: bóng đèn ghi $50$ W nghĩa là mỗi giây nó chuyển hoá $50$ J điện năng thành quang năng và nhiệt năng.
• Thời gian: $1$ phút $= 60$ s; $1$ giờ $= 3\,600$ s.
• Vận tốc: $v$ (m/s) $= \dfrac{v(\text{km/h})}{3{,}6}$.
• Công: $1$ kJ $= 1\,000$ J; Công suất: $1$ kW $= 1\,000$ W.
Để xem lý thuyết đầy đủ kèm hình ảnh minh hoạ, các bảng tổng hợp, sai lầm thường gặp và phương pháp giải chi tiết các dạng bài tập (gồm cả bài hiệu suất, mặt phẳng nghiêng), hãy đọc bài viết bên dưới:
Khái niệm công, công suất, hiệu suất, mặt phẳng nghiêng, các dạng bài tập điển hình kèm ví dụ & lời giải chi tiết, sơ đồ tư duy và sai lầm thường gặp.
Sau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 22 câu bám sát chương trình SGK!
Cùng luyện bài Công và Công suất!
22 câu: 17 trắc nghiệm · 3 đúng/sai · 2 tự luận
Tuyệt vời!
Cô Trần Thị Thanh Thảo
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS
Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu