Trong môn Vật Lý lớp 10, các bạn sẽ tiếp xúc với nhiều kiến thức quan trọng có trong đề thi Trung học Phổ thông, và trong đó, một phần không thể thiếu là động năng. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ lý thuyết về động năng, biểu thức tính động năng, và cung cấp một loạt bài tập từ cơ bản đến nâng cao để giúp bạn nắm vững kiến thức này.
Động năng là gì?
Để hiểu rõ hơn về động năng, bạn cần hiểu khái niệm năng lượng là gì. Năng lượng là một đại lượng đặc trưng cho khả năng làm công của một vật. Khi các vật tương tác với nhau, họ có thể trao đổi năng lượng.
Trong lĩnh vực Vật lý, năng lượng được xem là một đại lượng bảo toàn, nghĩa là năng lượng không thể tự nhiên tạo ra hoặc mất đi.
Còn động năng là dạng năng lượng mà một vật có do chuyển động của nó. Khi một vật nào đó có động năng, nó có khả năng tạo ra lực tác động lên các vật khác và dẫn đến việc thực hiện công.
Ngoài ra, động năng cũng có thể hiểu là công cần phải thực hiện để đưa một vật từ trạng thái nghỉ đến vận tốc hiện tại của nó, dựa trên khối lượng của vật đó. Khi khối lượng của vật lớn và vận tốc chuyển động cao, động năng của vật đó cũng lớn theo.
Động năng được kí hiệu là Wđ, có đơn vị là Jun (J).
Dưới đây là một vài ví dụ điển hình về động năng trong cuộc sống hàng ngày:
Người Hà Lan thông qua các cối xay gió biến năng lượng từ gió chuyển thành công cơ học để có thể chạy các máy xay. (Ảnh: Sưu tầm Internet)
Những đồng bào miền núi sử dụng chuyển động của nước thành công cơ học để có thể lấy nước từ suối lên các máng nước. (Ảnh: Sưu tầm Internet)
Các nhà máy thủy điện chặn dòng chảy, điều khiển chuyển động của nước sinh ra công cơ học để có thể làm cho các tuabin của máy phát điện chạy. (Ảnh: Sưu tầm Internet)
Công thức tính động năng
Xét một vật có khối lượng là m đang di chuyển dưới tác dụng của một lực 
( Lực F không đổi và vật chuyển động dọc theo giá của lực F )
Giả sử khi vật đi được một quãng đường là s, vận tốc của vật biến thiên từ 
đến 
, nên ta có:
Trong trường hợp vật bắt đầu từ trạng thái nghỉ v1 = 0, dưới tác dụng của một lực F đạt đến vận tốc v1 = v, ta có:
Từ hai trường hợp trên ta có kết luận: Động năng của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc là v mà vật đó có được khi đang chuyển động được xác định theo công thức:
Trong đó:
- Wd: Là động năng (J)
- m: Là khối lượng của vật (kg)
- v: Là vận tốc (tốc độ) của vật (m/s)
Động năng của vật rắn
Trong cơ học cổ điển, động năng của một vật nhỏ đến nỗi mà khối lượng của nó có thể được xem là chỉ tồn tại tại một điểm hay một vật không quay, có phương trình:
Trong đó:
- m: Là khối lượng (kg)
- v: Là tốc độ (hay vận tốc) của vật (m/s)
Vì động năng tỉ lệ thuận theo bình phương tốc độ, nên một vật tăng gấp đôi tốc độ thì nó sẽ có động năng gấp bốn lần so với ban đầu. Động năng của một vật liên hệ với động lượng theo phương trình:
Trong đó:
- p: Là động lượng
- m: Là khối lượng của vật
Động năng tịnh tiến liên quan đến chuyển động tịnh tiến của vật rắn có khối lượng không đổi m và khối tâm của nó di chuyển với tốc độ v, sẽ bằng với:
Trong đó:
- m: Là khối lượng của vật
- v: Là tốc độ khối tâm của vật
Định lý động năng
Công do một lực F sinh ra sẽ được tính theo công thức:
Trong đó:
Qua đó ta có hệ quả: Khi lực tác dụng lên một vật bất kì, vật này sinh công dương (+) thì động năng của vật tăng (tức vật sinh công âm(-)). Còn ngược lại, nếu như lực tác dụng lên vật sinh công âm (-) thì động năng của vật giảm (tức là vật sinh công dương (+)).
Bài tập về động năng Vật Lý 10 bài 25
Bài tập số 1: Có một viên đạn trọng lượng là 14g và đang chuyển động với vận tốc 400 m/s theo phương ngang xuyên qua một tấm gỗ dày 5 cm cách đấy 100 m. Các em hãy tìm vận tốc viên đạn sau khi xuyên qua gỗ là 120 m/s. Ngoài ra, các em cũng tìm lực cản trung bình của tấm gỗ tác dụng lên viên đạn bằng bao nhiêu?
Hướng dẫn nhanh:
Ta có:
Bài tập số 2: Một ô tô con đang chạy với vận tốc 24 m/s có khối lượng là 1100 kg và đang hãm phanh chuyển động chậm dần đều. Các em hãy tính:
Độ biến thiên động năng của ô tô sau khi vận tốc giảm xuống còn 10m/s?
Lực hãm trung bình sau khi ô tô đi thêm được 60m bằng bao nhiêu?
Hướng dẫn nhanh:
Ta có:
Bài tập số 3: Một vật có khối lượng m = 100g rơi tự do không vận tốc ban đầu. Lấy g = 10m/s^2
Hỏi trong bao ao lâu sau khi bắt đầu rơi, vật có động năng là 5J?
Khi vật có động năng là 4J thì quãng đường rơi sẽ là bao nhiêu?
Hướng dẫn nhanh:
Trên đây là những kiến thức về động năng mà Lumiereriversidevn.com đã chia sẻ. Hy vọng rằng bài viết này đã giúp các bạn hiểu về động năng là gì và nắm vững một số công thức liên quan đến động năng. Hãy tiếp tục theo dõi phần kiến thức cơ bản để cập nhật thêm nhiều kiến thức thú vị không chỉ trong lĩnh vực Vật lý mà còn trong nhiều môn học khác!
Bài viết liên quan
