Định luật bảo toàn cơ năng là gì

Định luật bảo toàn cơ năng là định luật bảo toàn chỉ số cơ năng của vật khi chuyển động trong trọng trường và chị tác động của một lực có thể là trọng lực hoặc lực đàn hồi. Cùng Toploigiai tìm hiểu về định luật bảo toàn cơ năng qua bài viết dưới đây!

Sự bảo toàn cơ năng là gì?

     - Sự bảo toàn cơ năng được coi là định luật bảo toàn chỉ số cơ năng khi chuyển động của 1 vật bất kỳ bên trong trọng trường phải chỉ chịu tác động của trọng lực hoặc lực đàn hồi. Có thể giải thích đơn giản như sau: “Thế năng và động năng của 1 vật có nhiều khả năng sẽ bị biến đổi qua lại trong quá trình đồ vật đó chuyển động bên trong trọng trường. Thế nhưng do cơ năng lại bằng tổng của các  động năng với thế năng nên tổng của chúng vẫn sẽ không hề có sự thay đổi nào đáng kể.

Định luật bảo toàn cơ năng là gì? 

     - Định luật bảo toàn cơ năng là định luật bảo toàn chỉ số cơ năng của vật khi chuyển động trong trọng trường và chị tác động của một lực có thể là trọng lực hoặc lực đàn hồi. Hiểu đơn giản là thế năng và động năng của vật có thể bị biến đổi qua lại trong quá trình vật chuyển động trọng trọng trường nhưng tổng của chúng không bị biến đổi bởi vật mà chịu tác động trực tiếp của lực đàn hồi và trọng lực. 

     - Định luật bảo toàn cơ năng: Trong khi chuyển động, nếu chỉ vật chịu tác động của trọng lực, động năng có thể chuyển thành thế năng và ngược lại thế năng chuyển thành động năng. Tổng của chúng là cơ năng của vật được bảo toàn và không thay đổi theo thời gian.

Hệ quả của cơ năng là gì?

     - Thông qua quá trình chuyển động của một vật bên trong trọng trường ta có thể nhận thấy được hệ quả của cơ năng 1 cách rất rõ ràng.

    + Nếu thế năng của một vật giảm xuống thì động năng của nó sẽ tăng lên và ngược lại.

    + Tại vị trí nào đó, nếu động năng cực đại thì thế năng sẽ cực tiểu và ngược lại.

Ứng dụng của định luật bảo toàn cơ năng trong Vật lý

     - Có thể thấy, định luật bảo toàn cơ năng có vai trò rất quan trọng nên nó được ứng dụng rất rộng rãi và phổ biến trong cuộc sống hàng ngày. Nó còn có thể được kết hợp với các công thức khác để tính được sự chuyển hóa năng lượng nhằm có thể giải quyết những bài toán khó có liên quan mật thiết đến cơ năng một cách dễ dàng và nhanh chóng.

     - Một số bài toán tiêu biểu khác cũng cần sử dụng đến các định luật này đó là khi bạn muốn xác định được biểu thức cụ thể của động năng hoặc thế năng tại 1 vị trí nào đó của vật. Qua đó có thể xác định được chính xác trọng lượng, chiều cao… của vật. Bên cạnh đó thì những bài toán về sự va chạm giữa 2 vật thể cũng có thể áp dụng định luật này để xác định xem lực va chạm cùng các yếu tố liên quan khác như thế nào.

Bài tập vận dụng định luật bảo toàn cơ năng

Bài 1: Một vật được ném thẳng đứng lên cao từ độ cao 10m với vận tốc 10 m/s, lấy g = 10 m/s².

     1. Tìm độ cao cực đại vật có thể đạt được so với mặt đất.

     2. Wđ = 3 Wt khi ở vị trí nào?

     3. Tính vận tốc của vật này khi Wđ = Wt.

     4. Tính vận tốc của vật này trước khi chạm đất.

Lời giải:

Chọn gốc thế năng tại mặt đất

     1. Cơ năng tại O: W_(O) = (1/2) m v₀₂ + mgh.

     2. Cơ năng tại A được tính bằng: W_(A) = mgh.

Dựa theo định luật bảo toàn cơ năng: W_(O) = W_(A).

Độ cao cực đại của vật so với mặt đất

     1. Tính h1 để: Wđ1 = 3 Wt3.

Chúng ta gọi C là điểm có Wđ1 = 3 Wt3 .

Cơ năng tại C được tính bằng: W(C) = 4 Wt1 = 4 mgh1.

Theo định luật bảo toàn cơ năng, ta có công thức:

Vị trí của vật khi Wđ = 3 Wt

     2. Tìm v2 để W_đ2 = W_t2.

     Gọi D là điểm có W_đ2 = W_t2.

     Cơ năng tại D được tính bằng: W(D) = 2 W_đ2 = m _v22

     Căn cứ vào định luật bảo toàn cơ năng: W (D) = W (A).

Vận tốc của vật khi Wđ = Wt

1. Cơ năng tại B được tính bằng: W (B) = (1/2) mv2.

Vận tốc của vật trước khi chạm đất

Bài 2: Một vật được ném thẳng đứng lên cao từ độ cao h so với mặt đất với vận tốc là 20 m/s. Khi chạm đất vận tốc của vật là 30 m/s, không tính sức cản không khí. Lấy g = 10 m/s2.

     1. Tính độ cao h.

     2. Tính độ cao cực đại của vật so với mặt đất.

     3. Vận tốc của vật bằng bao nhiêu khi động năng bằng 3 lần thế năng.

Lời giải:

Chọn gốc thế năng tại mặt đất (tại B)

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng, ta có: W (O) = W (B).

1. Gọi A là độ cao cực đại vật có thể đạt được. Theo đó:

     Cơ năng tại A được tính bằng: W (A) = mgh.

     Cơ năng tại B được tính bằng: W (B) = (1/2) mv2.

     Theo định luật bảo toàn cơ năng, ta có phương thức: W (A) = W (B)

Độ cao cực đại của vật so với mặt đất

2. Gọi C là điểm mà Wđ(C) = 3Wt(C).

Cơ năng tại C:

     Công thức tính cơ năng tại C

     Từ định luật bảo toàn cơ năng, ta có cách tích: W(C) = W(B).

Vận tốc của vật khi động năng bằng 3 lần thế năng