Physic Labs

Cơ học Newton

Công và công suất

Công của lực không đổi bằng tích độ lớn lực với độ dời theo phương lực; công suất cho biết tốc độ thực hiện công.

Đẩy tường mà tường không dịch chuyển thì bạn mệt nhưng lực của bạn không thực hiện công cơ học lên tường. Công phụ thuộc cả lực lẫn độ dời và góc giữa chúng; công suất mô tả công được thực hiện nhanh đến đâu.

W=Fscos⁡θ,P=WΔtW=Fs\cos\theta,\qquad P=\frac{W}{\Delta t}

Định nghĩa: Công và công suất

Với lực không đổi F⃗\vec F và độ dời s⃗\vec s, công W=Fscos⁡θW=Fs\cos\theta (joule, J), trong đó θ\theta là góc giữa lực và độ dời. Công suất trung bình P=W/ΔtP=W/\Delta t (watt, W); công suất tức thời là tốc độ biến thiên công. Lực vuông góc độ dời thực hiện công bằng không.

Thay đổi lực, độ dời và góc kéo; xem công có dấu và công suất theo thời gian thực.

Dấu của công

Khi lực có thành phần theo chiều dịch chuyển, công dương và lực truyền năng lượng cho vật. Thành phần ngược chiều tạo công âm, thường lấy đi cơ năng. Nếu vật chuyển động đều và lực kéo cùng hướng vận tốc thì công suất tức thời P=F⃗⋅v⃗=FvP=\vec F\cdot\vec v=Fv; công suất không đồng nghĩa với công.

Ví dụ: Kéo xe

Kéo xe bằng lực 20 N20\,N theo phương ngang trên 3 m3\,m trong 4 s4\,s. Tính công và công suất trung bình.

Lời giải

W=Fs=60 JW=Fs=60\,J; P=W/Δt=60/4=15 WP=W/\Delta t=60/4=15\,W.

Đơn vị công là joule: lực 1 N làm vật dịch chuyển 1 m theo hướng lực thực hiện 1 J. Khi xách túi đi ngang ở độ cao không đổi, lực nâng thẳng đứng vuông góc độ dời ngang nên công cơ học của lực nâng bằng không (dù cơ thể vẫn tiêu hao năng lượng sinh học). Công suất phân biệt hai cách làm cùng một công: hoàn thành 600 J trong 3 s tương ứng 200 W.

Ví dụ: Leo cầu thang

Một học sinh khối lượng 40 kg leo cao 2 m trong 4 s. Lấy g=10 m/s². Tính công chống trọng lực và công suất trung bình.

Lời giải

W=mgh=40×10×2=800 J; P=W/t=800/4=200 W.

Le travail et la puissance utilisent des unités différentes : le joule mesure une énergie transférée, tandis que le watt mesure un rythme de transfert. Un moteur de puissance élevée peut effectuer le même travail plus vite, mais cela ne signifie pas forcément qu’il fournit davantage d’énergie sur une durée différente. Gardez les secondes dans le calcul P=W/tP=W/t.

Trắc nghiệm nhanh

Một lực vuông góc với độ dời thực hiện công bằng bao nhiêu?

Cùng một công được thực hiện trong thời gian ngắn hơn thì công suất trung bình thế nào?

Tài liệu tham khảo

  1. Young, Freedman (2019). University Physics