Giáo trình Vật lý đại cương A1: Phần 2 - ĐH Hồng Đức

Nối tiếp phần 1 giáo trình Vật lý đại cương A1, phần 2 với 3 chương cuối trình bày nội dung về: Trường hấp dẫn, thuyết tương đối hẹp Einstein, những cơ sở của thuyết động học phân tử khí lý tưởng. Hãy tham khảo tài liệu này để nắm bắt nội dung một cách cụ thể nhất
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Vật lý đại cương A1: Phần 2 - ĐH Hồng Đức CHƯƠNG 4. NĂNG LƯỢNG 4.1. Công và công suất 4.1.1. Công Xét một vật nằm yên trên bàn. Nó chịu tác dụng của hai lực: trọng lực và phản lực của mặt bàn, tổng hình học của các ngoại lực bằng không. Do đó, theo định luật bảo toàn động lượng thì động lượng của vật bảo toàn. Suy ra, vật phải giữ nguyên trạng thái nằm yên trên bàn. Lại xét một ôtô chuyển động thẳng đều trên đường, mô chịu tác dụng của lực kéo của động cơ, lực cản của không khí, lực ma sát của mặt đường, trọng lượng của mô phản lực của mặt đường. Vì ôtô chuyển động thẳng đều, nên theo định luật I Newton thì 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. Như vậy, trạng thái chuyển động của ôtô và vật nằm trên mặt bàn là như nhau. Tuy nhiên, động cơ của ôtô phải hoạt động liên tục, tiêu tốn nhiên liệu để sản sinh ra lực kéo nhằm duy trì trạng thái chuyển động cơ học không thay đổi theo thời gian, trái lại vật nằm trên mặt bàn lại không cần tiêu tốn một tí năng lượng nào cả. Nghiên cứu kỹ, ta thấy có sự khác nhau rất cơ bản giữa hai ví dụ nêu ra ở trên, đó là: điểm đặt của các lực tác dụng lên vật nằm trên mặt bàn không dịch chuyển, còn điểm đặt của lực kéo của động cơ ôtô liên tục dịch chuyển cùng ôtô. Vậy, ta có thể nói rằng: một lực sinh công khi điểm đặt của nó chuyển dời. Thí nghiệm chứng tỏ rằng, lượng nhiên liệu tiêu thụ bởi động cơ ôtô tỷ lệ với tích r số của lực kéo F và quãng đường dịch chuyển x của điểm đặt của lực kéo (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 khác, hay chính là phần năng lượng trao đổi giữa các vật. r Dưới tác dụng của lực F giả sử chất điểm dịch chuyển được một đoạn đường vi r r r phân d s . Công vi phân dA mà lực F thực hiện được trên đoạn đường d s là tích vô hướng của hai vectơ: r r dA = F.ds = F.ds.cosα (4.1) 48 Nếu: α < π/2 thì dA > 0: công hữu ích α < π/2 thì dA = 0: lực tác dụng vuông góc với chuyển động nên không sinh công. α > π/2 thì dA < 0: công cản (ví dụ công của lực ma sát) Từ biểu thức (4.1) ta suy ra đơn vị của công là Jun (J): 1J = 1Nm. Biểu thức này chỉ đúng cho trường hợp r lực F không đổi và chuyển dời của s là thẳng. Trong trường hợp tổng quát điểm đặt của lực r F chuyển dời từ điểm P đến điểm Q trên quỹ đạo, trong quá trình này lực thay đổi. Để tính công trong trường hợp này ta chia đoạn đường PQ thành nhiều đoạn con dự, rồi r áp dụng công thức (4.1) tính công vi phân dA trên đoạn d s đó, rồi cộng tất cả các r công vi phân lại ta sẽ tính được công mà lực F thực hiện được trên đoạn đường PQ: r r Nếu phân tích vectơ F và d s thành các thành phần theo các trục toạ độ của hệ toạ độ Descarst thì ta có thể biểu diễn công A dưới dạng: 4.1.2. Công suất r Khi định nghĩa công mà lực F thực hiện được trên một đoạn đường nào đó ta không tính đến thời gian thực hiện công. Để đặc trưng cho khả năng sinh công nhanh hay chậm của một máy sinh công (Ví dụ: một động cơ) người ta đưa vào một đại lượng vật lý mới gọi là công suất. Công suất trung bình Ptb của một máy sinh công là tỷ số của công ΔA và thời gian Δt để thực hiện công đó, ta có: Về mặt ý nghĩa, công suất trung bình có giá trị bằng công trung bình của lực sinh ra trong đơn vị thời gian. ΔA Để tính công suất tại từng thời điểm, ta cho Δt → 0. Giới hạn của khi Δt → 0 Δt theo định nghĩa gọi là công suất tức thời (gọi tắt là công suất) của lực, được ký hiệu là: Vậy: công suất có giá trị bằng đạo hàm của công theo thời gian. 49 Vậy: công suất bằng tích vô hướng của lực tác dụng với vectơ vận tốc của chuyển rời. Đơn vị của công suất là Watt (W), 1w = 1J/s = 1 Nm/s. 4.1.3. Công và công suất của lực tác dụng trong chuyển động quay Trong trường ...