Bài 2. Cơ năng

I. Động năng

Khi chuyển động, vật có khả năng tác dụng lực lên vật khác và sinh công. Do đó, các vật chuyển động có mang năng lượng, được gọi là động năng.

Vật có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì khả năng sinh công càng lớn, tức là động năng của vật càng lớn.

Động năng của vật được xác định bằng biểu thức:

W_đ = \(\dfrac{1}{2}\)mv²

Trong đó:
m là khối lượng của vật, đơn vị đo là kilôgam (kg);
v là tốc độ của vật, đơn vị đo là mét/giây (m/s);
W_đ là động năng của vật, đơn vị đo là jun (J).

II. Thế năng trọng trường

Khi ở trên cao, các vật đều có xu hướng rơi xuống do chịu tác dụng của lực hút Trái Đất. Khi rơi, chúng có thể tác dụng lực lên vật khác và sinh công. Do vậy, vật ở độ cao nào đó đều mang năng lượng, được gọi là thế năng trọng trường.

Vật có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì khả năng sinh công càng lớn, tức là động năng của vật càng lớn. Động năng của vật được xác định bằng biểu thức:

W_t = Ph

Trong đó:
P là trọng lượng của vật, đơn vị đo là niutơn (N);
h là độ cao của vật so với vị trí được chọn làm mốc thế năng, đơn vị đo là mét (m);
W_t là thế năng trọng trường, đơn vị đo là jun (J).

Nếu vật ở mốc thế năng thì thế năng trọng trường của vật bằng không.

Thế năng trọng trường có thể gọi tắt là thế năng.

III. Cơ năng

Bạn nhỏ chơi xích đu trong hình trên chuyển động từ vị trí A tới vị trí thấp nhất B rồi tiếp tục chuyển động và dừng lại ở vị trí C, sau đó chuyển động ngược lại. Trong quá trình đó, bạn nhỏ vừa có động năng, vừa có thế năng.

- Giai đoạn bạn nhỏ chuyển động từ A đến B, độ cao của bạn ấy giảm dần nên thế năng giảm dần, đồng thời tốc độ của bạn ấy tăng dần nên động năng tăng dần.

- Giai đoạn bạn nhỏ chuyển động từ B đến C, thế năng của bạn ấy tăng dần, đồng thời động năng giảm dần.

Khi vật chuyển động ở một độ cao nào đó, vật vừa có động năng, vừa có thế năng. 

Trong quá trình chuyển động, động năng và thế năng của vật có thể chuyển hoá qua lại cho nhau.

Ở mỗi vị trí, tổng động năng và thế năng của vật được gọi là cơ năng, kí hiệu là W.

W = W_đ + W_t

Trong quá trình chuyển động của vật, nếu lực cản rất nhỏ, ta có thể bỏ qua phần cơ năng chuyển hoá thành năng lượng nhiệt truyền vào môi trường. Khi đó, động năng giảm đi bao nhiêu thì thế năng tăng lên bấy nhiêu và ngược lại. Như vậy, tổng động năng và thế năng của vật là không đổi. Ta nói cơ năng được bảo toàn.