ĐỊNH LUẬT VỀ CÚNG A. KIẾN THÚC TRỌNG TÂM Định luật về công : Không một máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về cóng. Được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại. Lưu ý : Trong bài học, định luật về công được rút ra từ thí nghiệm với máy cơ đơn giản là ròng rọc. Song ta cũng có thể rút ra định luật này từ thí nghiệm với máy cơ đơn khác như mặt phẳng nghiêng hoặc đòn bẩy. Trong thực tế, ở các máy cơ đơn giản bao giờ cũng có ma sát, do đó công thực hiện phải 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 và công toàn phần gọi là hiệu suất của máy và được kí hiệu la H. .... Công có ích Công toàn phần A, r A, là công có ích H = -^% J , A L A là công toàn phần Công hao phí càng ít thì hiệu suất của máy càng lớn. B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRONG SGK VÀ SBT Cl. F2=|r. 2 C2. s2 “ 2sj. C3. Aị = A2. C4. [1] lực, [2] đường đi, [3] công. C5. a] Trường hợp thứ nhất lực kéo nhỏ hơn và nhỏ hơn hai lần. Không có trường hợp nào tốn công hơn. Công thực hiện trong hai trường hợp là như nhau. . Công của lực kéo thùng hàng theo mặt phẳng nghiêng lên ôtô cũng đúng bằng công của lực kéo trực tiếp thùng hàng theo phương thẳng đứng lên ôtô : A = p.h = 500.1 = 500 J. C6. a] Kéo vật lên cao nhờ ròng rọc động thì lực kéo chỉ bằng nửa trọng lượng của vật: F = ịp = ^ = 210N. 2 2 Dùng ròng rpc động được lợi hai lần về lực, vậy phải thiệt hai lần về đường đi [theo định luật về công] nghĩa là muốn nâng vật lên độ cao h thì phải kéo đầu dây đi một đoạn / = 2 h. / = 2 h = 8 m —> h = ị = 4m. 2 b] Công nâng vật lên : A = Ph = 420.4 = 1 680 J. Tính cách khác : A = F.Z = 210.8 = 1 680 J. E. Trọng lượng của người và xe : p = 60.10 = 600 N. Lực ma sát Fms = 20 N, vậy công hao phí là : Aj = Fms.z = 20.40 = 800 J Công có ích : A2 = Ph - 600.5 - 3 000 J Công cua người sinh ra : A = Aj + A2 - 800 + 3 000 = 3 800 J. Quả cầu A tác dụng lên đầu A một lực PA, quả cầu B tác dụng lên đầu B một lực PB. Đòn bẩy ở trạng thái cân bằng [Hình. 14.1]. OA= ịơB 2 rp X . PA _ OB _ 2 Ta có : = —— = — PB OA 3 Do đó: PA=|PB- Quả cầu B nặng hơn quả cầu A, vây quả cầu A là quả cầu rỗng [vì kích thước hai quả cầu như nhau]. Kéo một vật lên cao nhờ một ròng rọc động thì được lợi 2 lần về lực, nhưng lại thiệt 2 lần về đường đi. Vật được nâng lên cao 7 m thì đầu dây tự do phải kéo đi một đoạn bằng 14 m. Công do người công nhân thực hiện là : A = F.S = 160.14 = 2 240 J. 14.5*. Có hai cách giải: 20 thì trọng lượng p = 20 N. Do đó lực kế chỉ N = 2,5 N. 8 Như vậy ta được lợi 8 lần về lực [chỉ cần dùng lực kéo nhỏ hơn 8 lần so với khi kéo trực tiếp] thì phải thiệt 8 lần về đường đi, nghĩa là muốn vật đi lên 2 cm, tay phải kéo dây một đoạn dài hơn 8 lần, tức là kéo dâỹ một đoạn 16 cm. Cách thứ hai : Muốn cho vật đi lên 2 cm thì đầu dây thứ nhất phải đi lên 4 cm, đầu dây thứ hai phải đi lên 8 cm và đầu dây thứ ba phải đi lên 16 cm. Vậy tay phải kéo lực kế đi lên 16 cm. Như vậy đã thiệt về đường đi 8 lần thì sẽ được lợi về lực 8 lần. Thế nghĩa là lực kéo chỉ cần bằng trọng lượng của vật A. Vậy 8 lực kéo chỉ là — N = 2,5N. 14.6*. - Bố trí một ròng rọc cố định và hai ròng rọc động như hình 14.3a sẽ được lợi về lực bốn lần. - Bố trí ba ròng rọc cố định và ba ròng rọc động thành hệ thống như hình 14.3b đổ nâng vật nặng sẽ được lợi về lực 6 lần. 8 Vật có khối lượng 50 kg thì trọng lượng của nó là 500 N. a] Công của lực kéo vật trên mặt phẳng nghiêng : Aị = F./ [/ là chiều dài mặt phẳng nghiêng]. Công của lực kéo trực tiếp vật theo phương thẳng đứng là : A2 = p.h = 500.2 = 1 000 J Theo định luật về công thì Aj = A2, ta có F7 = A2 1000 125 b] Hiệu suất của mặt phẳng nghiêng : 14.8. A. H = — .100%; H = «0,83 F7 14.9. A. 150.8 14.10. A. H « 83%. p 200 14.11. Lực kéo dây : F = - = — = 25N. 8 8 Công đã sinh ra : A = F.S = 25.1,6 = 40 J. Từ hình 14.5 [SBT] ta thấy nếu lực kéo F dịch chuyển một đoạn là h thì vật lên cao một đoạn là 4h. p 200 Do đó lực kéo F có độ lớn là : F - — = —- = 50N. 4 4 T 14.13. ~ = p QB OA _ 4P 4.40 -4 => T = 44- = 4444 = 32N. 5 5 14.14. a] Trong cả hai cách công thực hiện là như nhau. Cách thứ nhất cho ta lợi về đường đi, còn cách thứ hai cho ta lợi về lực. b] Công mà mỗi công nhân phải sản ra đê’ chất đầy một xe hàng là : = 50 000.0.8 =40jM]g 20000J 2 2 2 c. BÀI TẬP BỔ SUNG 14a. Người ta kéo một vật có khối lượng 20 kg lên độ cao h = 1,8 m theo một mặt phẳng nghiêng có chiều dài s = 12 m. Lực cản do ma sát trên đường là FC = 32N. Tính công của người kéo. Coi vật chuyển động đều. Tính hiệu suất của mặt phẳng nghiêng. 14b. Để kéo một vật lên cao thì lực cần thiết phải tác dụng vào vật là 1600 N. Cũng kéo vật ấy lên, nhưng muốn lực kéo chỉ là 800 N thì ta phải dùng hệ thống ròng rọc như thế nào ? So sánh công thực hiện trong hai trường hợp và rút ra kết luận. 14c. Để giúp người thợ xây đưa xô vữa có khối lượng 14 kg lên độ cao 4 m mà chỉ bằng lực có cường độ 70 N thì ta phải dùng loại ròng rọc nào, mấy chiếc, vì sao ? Tính chiều dài đoạn dây mà người thợ xây phải kéo.
Xem thêm các sách tham khảo liên quan:
Giải Sách Bài Tập Vật Lí 8 – Bài 14: Định luật về công giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:
A. Công thực hiện ở cách thứ hai lớn hơn vì đường đi gấp hai lần.
B. Công thực hiện ở cách thứ hai nhỏ hơn vì lực kéo vật theo mặt phẳng nghiêng nhỏ hơn.
C. Công thực hiện ở cách thứ nhất lớn hơn vì lực kéo lớn hơn.
D. Công thực hiện ở cách thứ nhất nhỏ hơn vì đường đi của vật chỉ bằng nửa đường đi của vật ở cách thứ hai.
E. Công thực hiện ở hai cách đều như nhau.
Lời giải:
Chọn E
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.
Tóm tắt:
h = 5m; s = 40m;
Fms = 20N; m = 60kg
Công A = ?
Lời giải:
Người và xe có khối lượng m = 60kg nghĩa là trọng lượng bằng:
P = 10.m = 10.60 = 600N.
Công hao phí do lực ma sát sinh ra là:
A1 = Fms.s = 20.40 = 800J
Công có ích là: A2 = P.h = 600.5 = 3000J
Công của người sinh ra bao gồm công để thắng được lực ma sát và công đưa người lên cao:
A = A1 + A2 = 800J + 3000J = 3800J
Lời giải:
Đòn bẩy ở trạng thái cân bằng, nghĩa là
Quả cầu A tác dụng lên đầu A một lực PA, quả cầu B tác dụng lên đầu B một lực PB.
Ta có điều kiện cân bằng của đòn bẩy:
Quả cầu B nặng hơn quả cầu A nên quả cầu A là rỗng.
Lời giải:
Kéo vật lên cao bằng ròng rọc động thì được lợi hai lần về lực nhưng thiệt hại hai lần về đường đi.
Vật được nâng lên cao 7m thì đầu dây tự do phải kéo đi một đoạn bằng 14m. Vậy công do người công nhân thực hiện là:
A = F.S = 160N.14m = 2240J
Lời giải:
Gọi trọng lượng của vật là P. Lực căng của sợi dây thứ nhất là P/2, lực căng của sợi dây thứ hai là P/4, lực căng của sợi dây thứ ba là P/8. Vậy lực kéo do lò xo bằng F = P/8.
Vật có khối lượng m = 2kg nghĩa là trọng lượng P = 20N. Do đó lực kế chỉ F = 20/8N = 2,5N.
Như vậy, ta được lợi 8 lần về thể lực do đó phải thiệt hại 8 lần về đường đi, nghĩa là muốn kéo vật đi lên 2cm thì tay phải kéo dây đi một đoạn 16cm.
Lời giải:
Bố trí một ròng rọc cố định và hai ròng rọc động thành hệ thống như hình a sẽ được lợi về lực 4 lần.
Bố trí ba ròng rọc cố định động thành hệ thống như hình b sẽ được lợi về lực 6 lần.
a] Nếu không có ma sát thì lực kéo là 125N. Tính chiều dài của mặt phẳng nghiêng.
b] Thực tế có ma sát và lực kéo vật là 150N. Tính hiệu suất của mặt phẳng nghiêng.
Chú ý: Hiệu suất của mặt phẳng nghiêng là:
Trong đó: P là trọng lượng của vật
h là độ cao
F là lực kéo vật theo phương mặt phẳng nghiêng
l là chiều dài mặt phẳng nghiêng.
Lời giải:
Vật nặng có khối lượng 50kg nghĩa là trọng lượng bằng:
P = 10.m = 10.50 = 500N.
a] Công của lực kéo vật lên theo mặt phẳng nghiêng là: A = F.l
Công của lực kéo trực tiếp vật theo phương thẳng đứng là:
A1 = P.h = 500N.2m = 1000J
Theo định luật về công thì A = A1, nghĩa là A1 = F.l
b] Thực tế có ma sát và lực kéo vật là 150N
Hiệu suất của mặt phẳng nghiêng là:
A. Công thực hiện ở hai cách đều bằng nhau.
B. Công thực hiện ở cách thứ nhất lớn hơn vì lực kéo bằng trọng lượng của vật.
C. Công thực hiện ở cách thứ hai lớn hơn vì phải kéo dây dài hơn.
D. Công thực hiện ở cách thứ hai nhỏ hơn 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.
A. Ròng rọc cố định có tác dụng làm giảm lực nâng vật đi một nửa.
B. Ròng rọc động có tác dụng làm giảm lực nâng vật.
C. Hệ thống palăng gồm 1 ròng rọc cố định và một ròng rọc động có tác dụng làm giảm lực nâng vật 2 lần.
D. Hệ thống palăng gồm 1 ròng rọc cố định và 2 ròng rọc động có tác dụng làm giảm lực nâng vật 4 lần
Lời giải:
Chọn A
Ròng rọc cố định có tác dụng làm thay đổi hướng của lực kéo so với khi kéo trực tiếp chứ không có tác dụng làm giảm lực nâng.
A. Các máy cơ đơn giản không cho lợi về công.
B. Các máy cơ đơn giản chỉ cho lợi về lực.
C. Các máy cơ đơn giản luôn bị thiệt về đường đi.
D. Các máy cơ đơn giản cho lợi về cả lực và đường đi.
Lời giải:
Chọn A
Phát biểu đúng là các máy cơ đơn giản không cho lợi về công.
Lời giải:
Vì s = 1,6m; h = 20cm = 0,2m nên đường đi s của lực kéo F gấp 8 lần đường đi của vật. Vậy ta được lợi 8 lần về lực.
⇒ lực kéo dây là:
Công sinh ra là: A = F.s = 25.1,6 = 40J
Lời giải:
Nhận xét: Dựa vào hình, nếu lực kéo F dịch chuyển một đoạn là s2 thì vòng tròn R2 đi được một cung có độ dài s2, khi đó vòng tròn R1 quay được cung có độ dài s1 và vật lên cao một đoạn là s1.
Vì
Công của lực kéo F bằng công của trọng lực nên công của lực kéo F khi nâng vật lên cao 10cm là: A = P.h = 200.0,1 = 20J.
Lời giải:
Nhận xét: OB = 20cm; OA = 25cm; F × OA = P × OB
⇒ Lực căng của sợi dây là: F = [P x OB] / OA = 4P/5 = 32N.
a] Trong hai cách làm này, cách nào lợi hơn về công? Cách thứ nhất có lợi về mặt nào? Cách thứ hai có lợi về mặt nào?
b] Tính công mà mỗi công nhân phải sản ra để chất đầy một xe. Bỏ qua ma sát trong các trường hợp.
Lời giải:
a] Trong cả hai cách công thực hiện là như nhau. Cách thứ nhất cho lợi về đường đi. Cách thứ hai cho lợi về lực.
b] Khi chất đầy một xe thì mỗi công nhân phải thực hiện công để đưa trọng lượng của 5 tấn [5000 kg] sơn [P = 10.m = 10.5000 = 50000 N] lên cao 0,8 m.
Vậy công mà mỗi công nhân phải sản ra để chất đầy một xe hàng:
A= P. h = 50000.0,8 = 40000J.