Động năng là kiến thức quan trọng trong bộ môn Vật lý lớp 10. Tuy nhiên không phải ai cũng hiểu rõ động năng là gì? Công thức tính động năng? Ví dụ về động năng trong thực tế? Trong bài viết này hãy cùng với chúng tôi tìm hiểu những điều thú vị xoay quanh động năng nhé!
Động năng là gì? Cho ví dụ
Năng lượng là gì?
Mọi vật xung quanh chúng ta đều có mang năng lượng. Khi một vật tương tác với các vật khác thì giữa chúng có thể có sự trao đổi năng lượng.
Năng lượng chính là một đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng sinh công của vật. Năng lượng tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau, có thể kể đến như: cơ năng, nội năng, điện trường, từ trường… Năng lượng có thể chuyển hoá qua lại từ dạng này sang dạng khác hoặc là truyền từ vật này sang vật khác.
Động năng là gì?
Động năng hiểu đơn giản là dạng năng lượng của một vật có được do nó đang chuyển động.
Cụ thể, động năng được định nghĩa như sau: Động năng chính là công cần thực hiện để gia tốc một vật với khối lượng cho trước chuyển từ trạng thái nghỉ tới vận tốc hiện thời của nó. Sau khi đạt được năng lượng này bởi gia tốc của nó thì vật sẽ duy trì động năng này trừ khi tốc độ của nó có sự thay đổi.
Các dạng cơ bản của động năng
Có tất cả 5 loại động năng, đó là: bức xạ, nhiệt năng, âm thanh, điện và cơ học. Vậy điểm khác nhau giữa các dạng động năng là gì?
- Năng lượng bức xạ
Năng lượng bức xạ là một dạng của động năng và nó luôn chuyển động trong môi trường hoặc không gian. Ví dụ: tia cực tím, tia gamma…
- Nhiệt năng
Năng lượng nhiệt hay còn được biết đến là nhiệt năng được tạo ra từ chuyển động của các phân tử khi mà chúng va chạm với nhau. Ví dụ: suối nước nóng, hồ bơi nước nóng…
- Năng lượng âm thanh
Sự rung động của một vật thể thường sẽ sản sinh ra năng lượng âm thanh. Năng lượng âm thanh có thể di chuyển trong các môi trường, ngoại trừ chân không bởi vì không có các hạt nào có thể hoạt động được trong môi trường chân không. Ví dụ: âm thanh từ loa, đánh trống, nhạc cụ…
- Điện năng
Điện năng có thể thu được từ các electron tự do mang điện tích âm hoặc điện tích dương.
Ví dụ: tia chớp, pin năng lượng khi sử dụng…
- Năng lượng cơ học
Tổng động năng và thế năng được biết đến đó là cơ năng. Cơ năng không thể tự tạo ra hay phá hủy nhưng nó lại được chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác (tức là chuyển từ thế năng sang động năng và ngược lại). Ví dụ: quỹ đạo của các vệ tinh xung quanh trái đất, một chiếc xe đang di chuyển…
Ví dụ động năng
- Tàu lượn siêu tốc đạt đến động năng cực đại khi nó ở vị trí thấp nhất của đường ray. Khi nó bắt đầu đi lên thì động năng bắt đầu chuyển thành thế năng trọng trường. Tổng động năng và thế năng trong một hệ là hằng số nếu như bỏ qua sự mất mát do ma sát.
- Ở Hà Lan, thông qua các cối xay gió để biến đổi năng lượng từ gió chuyển thành công cơ học với mục đích là chạy các máy xay gió.
- Những người dân miền núi đã sử dụng chuyển động của nước chuyển thành công cơ học để có thể lấy nước từ suối lên trên các máng nước.
- Các nhà máy thuỷ điện tiến hành chặn dòng chảy, điều khiển chuyển động của dòng nước sinh ra công cơ học để làm cho các tuabin của máy phát điện chạy để từ đó tạo ra điện.
Cách tính động năng là gì?
Công thức tính động năng
Động năng chính là dạng năng lượng của một vật có được do nó đang chuyển động và được xác định theo công thức như sau:
Trong đó:
- m: khối lượng của vật (kg)
- v: vận tốc của vật (m/s)
- Wđ: động năng (J)
Động năng của vật rắn
Trong cơ học cổ điển thì động năng của một vật nhỏ đến nỗi mà khối lượng của nó có thể được xem là chỉ tồn tại tại một điểm hoặc một vật không quay. Cụ thể phương trình của nó là:
Trong đó:
- m: khối lượng (kg)
- v: tốc độ hay vận tốc của vật (m/s)
Vì động năng tỉ lệ thuận theo bình phương tốc độ vậy nên nếu một vật tăng tốc độ gấp đôi thì nó cũng sẽ tăng động năng lên gấp bốn lần so với ban đầu. Động năng của một vật liên hệ với động lượng theo phương trình như sau:
Trong đó:
- p: động lượng
- m: khối lượng của vật
Động năng tịnh tiến có liên quan đến chuyển động tịnh tiến của vật rắn có khối lượng không đổi m và khối tâm của nó di chuyển với tốc độ là v. Công thức như sau:
Trong đó:
- m: khối lượng của vật
- v: tốc độ khối tâm của vật
Lưu ý:
- Động năng của bất kỳ vật nào thì đều phụ thuộc vào hệ quy chiếu mà nó được đo. Tuy nhiên, tổng năng lượng của một hệ cô lập (tức là là một hệ không có năng lượng vào hoặc ra) thì sẽ không có sự thay đổi trong bất kỳ hệ quy chiếu nào. Vì vậy mà phần hóa năng được chuyển thành động năng bởi một động cơ tên lửa bị phân chia cho tên lửa cùng với khí thải sẽ phụ thuộc vào hệ quy chiếu được chọn.
Đây chính là hiệu ứng Oberth. Tuy nhiên, tổng năng lượng của hệ, bao gồm cả động năng, hóa năng của nhiên liệu, nhiệt… thì được bảo toàn theo thời gian (bất kể đến cách chọn hệ quy chiếu). Mặc dù vậy thì giá trị tổng năng lượng này sẽ khác nhau trong các hệ quy chiếu khác nhau.
- Động năng của một hệ phụ thuộc và cách chọn hệ quy chiếu, cụ thể: Hệ quy chiếu cho giá trị động năng nhỏ nhất là hệ mà trong đó tổng động lượng của hệ bằng 0. Giá trị động năng nhỏ nhất này sẽ đóng góp vào khối lượng bất biến của hệ.
Định lý động năng
Khi lực tác dụng lên vật sinh công dương thì động năng của vật tăng (tức là vật sẽ thu thêm công hoặc vật sinh công âm). Ngược lại, khi lực tác dụng lên vật sinh công âm thì động năng của vật sẽ giảm (tức là vật sinh công dương). Công thức như sau:
Trong đó:
- ½ mv22 : động năng lúc sau của vật.
- ½ mv12 : động năng ban đầu của vật.
- A: công của các ngoại lực tác dụng vào vật.
Hệ quả: Khi lực tác dụng lên một vật nếu vật này sinh công dương (+) thì động năng của vật tăng (tức là vật sinh công âm (-)). Còn ngược lại, nếu như lực tác dụng lên vật đó sinh công âm (-) thì động năng của vật sẽ giảm (tức là vật sinh công dương (+)).
Một số câu hỏi có liên quan
Thế năng là gì?
Thế năng chính là một đại lượng vật lý rất quan trọng, biểu hiện nên khả năng sinh công của một vật ở trong một số điều kiện nhất định. Nói một cách khác, thế năng được coi là một dạng năng lượng tồn tại ở bên trong vật thể.
Cụ thể, có 3 loại thế năng chính đó là: thế năng trọng trường, thế năng đàn hồi và thế năng tĩnh điện.
Hãm động năng là gì?
Hãm động năng được hiểu là trạng thái động cơ làm việc giống như một máy phát (trong các tải cần phải giảm tốc độ liên tục như thang máy hay cầu trục…) mà năng lượng cơ học của động cơ đã được tích lũy trong quá trình làm việc trước đó sẽ biến đổi thành điện năng tiêu tán dưới dạng nhiệt trong quá trình hãm.
Có thể bạn quan tâm:
Trên đây là những thông tin có liên quan đến động năng là gì. Có thể thấy động năng được sử dụng rất nhiều trong công việc và học tập. Hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn có cái nhìn tổng quan về động năng và ứng dụng nó sao cho phù hợp.
