Dong luc hoc chat diem

II.7. Khái niệm về công và
năng lượng :

II.7.1. Khái niệm năng lượng :

Chuyển động của vật chất l à vĩnh cửu, không hề biến mất mà cũng không tự nhiên sinh ra mà chỉ có thể chuyển từ dạng chuyển động n ày sang dạng chuyển động khác. V ì vậy n ăng l ượng trong toàn vũ trụ là một đại l ượng bảo toàn . Định luật bảo to àn n ăng l ượng là một định luật c ơ bản của tự nhiên .

Rõ ràng trong trường hợp này định luật bảo to àn động l ượng không phản ánh đ ược sự thay đổi trạng thái chuyển động, sự biến đổi từ chuyển động c ơ học thành chuyển động nhiệt trong mỗi vật.

II.7.2. Khái niệm về công :

a) Khái niệm về công :

Xét một vật nằm yên trên mặt bàn. Nó chịu tác dụng của hai
lực : trọng lượng của nó và phản lực của mặt bàn. Tổng hình học của các ngoại
lực bằng không, do đó theo định luật bảo toàn
động lượng ta thấy
động lượng của vật bảo toàn. Ta suy ra vật phải giữ nguyên trạng thái nằm
yên trên bàn.

Lại xét một ô-tô chuyển động
thẳng đều trên đường. Ôtô chịu tác
dụng của lực kéo của động cơ, lực cản của
không khí, lực ma sát của mặt đường, trọng
lượng của ôtô, phản lực của mặt đường. Vì
ôtô chuyển động thẳng đều nên theo
định luật I Niu-tơn ta suy ra tổng hình học của tất cả các lực tác dụng
lên ôtô phải bằng 0. Do đó theo định luật bảo toàn
động lượng thì
động lượng của ôtô không thay đổi theo thời
gian. Trạng thái chuyển động của ôtô và vật nằm trên bàn là như nhau. Tuy
nhiên động cơ của ôtô phải hoạt
động liên tục, tiêu tốn nhiên liệu để sản ra
lực kéo nhằm duy trì trạng thái chuyển động
cơ học không thay đổi theo thời gian, trái
lại vật nằm yên trên mặt bàn không cần tiêu tốn một tí năng
lượng nào cả.

Tuy nhiên , nghiên cứu kỹ chúng ta thấy có sự khác nhau rất
cơ bản trong hai ví dụ nêu trên : điểm đặt của
các lực tác dụng lên vật trên mặt bàn không dịch chuyển còn
điểm đặt của lực kéo của động cơ ôtô liên tục dịch chuyển cùng ôtô.

Thí nghiệm chứng tỏ rằng lượng nhiên liệu tiêu thụ bởi
động cơ ôtô tỉ lệ với tích số của lực kéo

của động cơ và quãng
đường dịch chuyển x của điểm đặt của lực kéo
(cũng tức là quãng đường dịch chuyển
của ôtô).

Đại lượng
được đo bằng tích số của lực và
quãng đường dịch chuyển của
điểm đặt của lực gọi là công.

Ví dụ trên cho thấy rằng năng lượng
nhiệt chứa trong nhiên liệu khi bị đốt cháy trong
động cơ ôtô đã chuyển thành công cơ
học làm cho ôtô chuyển động. Vậy công chính là
đại lượng đặc trưng cho phần năng
lượng chuyển đổi từ dạng năng lượng
này sang dạng năng lượng khác, là phần năng
lượng trao đổi giữa các vật.

b) Biểu thức của công :

Dưới tác dụng của lực

giả sử chất điểm dịch chuyển được một
đoạn đường vi phân
.
Người ta định nghĩa công vi phân dA
mà lực

thực hiện được trên
đoạn đường

là tích vô hướng của hai vectơ :

dA =
. (II.18a)

hay dA = F.ds.cosa (II.18b)

nếu :

a
< p /2 thì dA > 0 : công hữu ích

a
= p /2 thì dA = 0 : lực tác dụng vuông góc với
chuyển động không sinh công.

a
> p /2 thì dA < 0 : công cản

từ (II.18a) ta suy ra đơn
vị đo lường của công là 1 Jun (viết tắt là
J) = 1Nm.

Bây giờ ta tìm cách biểu diễn công mà lực

thực hiện khi làm dịch chuyển chất điểm từ P đến
điểm Q trên quĩ đạo.

Ta
chia đoạn đường PQ thành nhiều
đoạn con

rồi áp dụng (II.18a) tính công vi phân dA trên
đoạn

đó rồi cộng tất cả các công vi phân lại ta sẽ tính được công mà lực

thực hiện được trên
đoạn đường PQ, tức là :