Bài 1. Công và công suất

I. CÔNG CƠ HỌC

1. Thực hiện công cơ học

Công cơ học thường được gọi tắt là công. Trong trường hợp đơn giản nhất, công được thực hiện khi lực tác dụng vào vật và làm vật đó dịch chuyển theo hướng của lực.

Ví dụ, trong hình 1.2, nhân viên y tế đẩy xe cáng bằng một lực có phương nằm ngang làm xe dịch chuyển theo hướng của lực. Ta nói, lực đẩy xe đã thực hiện công hoặc sinh công.

Nếu vật dịch chuyên theo phương vuông góc với phương của lực thì công của lực đó bằng không.

Ví dụ, trong hình 1.2, khi bệnh nhân nằm trên xe cáng, bệnh nhân tác dụng lên xe một lực ép vuông góc với phương dịch chuyển của xe. Do vậy, lực này không sinh công.

Trong cuộc sống hằng ngày, từ “công" cũng được dùng trong nhiều tình huống khác như “ngày công lao động", "công cha nghĩa mẹ".... Tuy vậy, từ "công” trong các trường hợp này không mang nghĩa là công cơ học.

2. Biểu thức tính công

Trong ví dụ hình 1.2, giả sử nhân viên y tế liên tục tác dụng lực để đẩy xe cáng di chuyển trên hành lang bệnh viện. Xét ba tình huống trong bảng 1.1 dưới đây.

Công sinh ra càng lớn nếu lực tác dụng vào vật càng lớn và quãng đường vật dịch chuyển theo hướng của lực càng dài. Công được xác định bằng biểu thức:

A = Fs

Trong đó:

• F là lực tác dụng vào vật, đơn vị đo là niutơn (N);
• s là quãng đường vật dịch chuyển theo hướng của lực, đơn vị đo là mét (m);
• A là công của lực F, đơn vị đo là jun (J).

1 J = 1 Nm = 1 N.1 m

Ngoài đơn vị jun, công còn có đơn vị đo là calo (cal), BTU, kilôoát giờ (kWh).

1 cal = 4,2 J

1 BTU = 1 055 J

1 kWh = 3 600 000 J

Công trong trường hợp vật dịch chuyển không theo hướng của lực các em sẽ được học ở lớp trên.

Công của lực F chính là công của vật tác dụng lực F đó. Năng lượng đặc trưng cho khả năng tác dụng lực, nên có thể nói, vật có khả năng thực hiện công thì vật đó có năng lượng.

Khi một vật thực hiện công, nó truyền năng lượng cho vật khác. Trong hình 1.4, người công nhân đã thực hiện công để nâng các kiện hàng lên cao.

Người này đã truyền năng lượng cho kiện hàng, làm cho năng lượng của kiện hàng tăng lên. Khi đó, người này cảm thấy mệt mỏi do năng lượng bị giảm đi.

Giống như công, năng lượng có đơn vị đo là jun (J).

II. CÔNG SUẤT

1. Tốc độ thực hiện công

Bảng 1.2 cho biết thông tin thực hiện công liên tục của hai người công nhân khi nâng các kiện hàng từ mặt đất lên cao 1,2 m. Giả sử, mỗi lần nâng, người công nhân đều tác dụng lực nâng bằng trọng lượng của kiện hàng.

Để biết ai thực hiện công nhanh hơn, ta cần so sánh tốc độ thực hiện công của họ. Tốc độ thực hiện công phụ thuộc vào công thực hiện và thời gian thực hiện công.

2. Định nghĩa công suất

Để đặc trưng cho tốc độ thực hiện công, người ta đưa ra khái niệm công suất. Công suất được tính bằng công thực hiện trong một đơn vị thời gian.

\(P=\dfrac{A}{t}\)

Trong đó:

• A là công thực hiện, đơn vị đo là jun (J);
• t là thời gian thực hiện công, đơn vị đo là giây (s);
• P là công suất, đơn vị đo là oát (W).

\(1W=1J/s=\dfrac{1J}{1s}\)

Các bội số của oát là kilôoát (kW), mêgaoát (MW).

1 kW = 1 000 W

1 MW = 1 000 000 W

Ngoài đơn vị oát, công suất còn có đơn vị đo là mã lực (sức ngựa) kí hiệu là HP và BTU/h.