Bài 14: Định luật về công

I. TÓM TẮT LÍ THUYẾT

1. Định luật về công

Không một máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về công. Được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.

2. Các loại máy cơ đơn giản thường gặp

- Ròng rọc cố định: Chỉ có tác dụng đổi hướng của lực, không có tác dụng thay đổi độ lớn của lực.

- Ròng rọc động: Khi dùng một ròng rọc động cho ta lợi hai lần về lực thì thiệt hai lần về đường đi.

- Mặt phẳng nghiêng: Lợi về lực, thiệt về đường đi.

- Đòn bẩy: Lợi về lực, thiệt về đường đi hoặc ngược lại.

3. Hiệu suất của máy cơ đơn giản

Trong thực tế, ở các máy cơ đơn giản bao giờ cũng có ma sát. Do đó công thực hiện phải dùng để thắng ma sát và nâng vật lên. Công này gọi là công toàn phần, công nâng vật lên là công có ích. Công để thắng ma sát là công hao phí.

Công toàn phần = Công có ích + Công hao phí

Tỉ số giữa công có ích (A₁) và công toàn phần (A₂) gọi là hiệu suất của máy:

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI

Tính công cơ học khi sử dụng máy cơ đơn giản

Khi nâng vật lên đến độ cao h: A = F.s hay 

Trong đó:

F là lực kéo vật (N)

P là trọng lượng của vật (N)

h là độ cao nâng vật (m)

H là hiệu suất của mặt phẳng nghiêng

s là:

   + Chiều dài mặt phẳng nghiêng (khi dùng mặt phẳng nghiêng)

   + Độ cao cần nâng vật (khi dùng ròng rọc cố định)

   + Chiều dài của đoạn dây dẫn cần kéo (khi dùng ròng rọc động)

III: BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM

Bài 1: Trong các phát biểu sau, phát biểu nào đúng với định luật về công?

A. Các máy cơ đơn giản đều cho lợi về công.

B. Không một máy cơ đơn giản nào cho lợi về công, mà chỉ lợi về lực và lợi về đường đi.

C. Không một máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về công, được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.

D. Các máy cơ đơn giản đều lợi về công, trong đó lợi cả về lực lẫn cả đường đi.

Bài 2: Có mấy loại máy cơ đơn giản thường gặp?

A. 1        B. 2        C. 3        D. 4

Bài 3: Người ta đưa vật nặng lên độ cao h bằng hai cách:

Cách 1: Kéo trực tiếp vật lên theo phương thẳng đứng.

Cách 2: Kéo vật theo mặt phẳng nghiêng có chiều dài gấp hai lần độ cao h. Bỏ qua ma sát ở mặt phẳng nghiêng. So sánh công thực hiện trong hai cách. Phát biểu nào sau đây đúng?

A. Công thực hiện cách 2 lớn hơn vì đường đi lớn hơn gấp hai lần.

B. Công thực hiện cách 2 nhỏ hơn vì lực kéo trên mặt phẳng nghiêng nhỏ hơn.

C. Công thực hiện ở cách 1 lớn hơn vì lực kéo lớn hơn.

D. Công thực hiện ở hai cách đều như nhau.

Bài 4: Trong các phát biểu sau, phát biểu nào sai?

A. Ròng rọc cố định chỉ có tác dụng đổi hướng của lực và cho ta lợi về công.

B. Ròng rọc động cho ta lợi hai lần về lực, thiệt hai lần về đường đi, không cho ta lợi về công.

C. Mặt phẳng nghiêng cho ta lợi về lực, thiệt về đường đi, không cho ta lợi về công.

D. Đòn bẩy cho ta lợi về lực, thiệt về đường đi hoặc ngược lại, không cho ta lợi về công.

Bài 5: Kéo đều hai thùng hàng, mỗi thùng nặng 500 N lên sàn ô tô cách mặt đất bằng tấm ván đặt nghiêng (ma sát không đáng kể). Kéo thùng thứ nhất dùng tấm ván 4m, kéo thùng thứ hai dùng tấm ván 2 m. So sánh nào sau đây đúng khi nói về công thực hiện trong hai trường hợp?

A. Trường hợp thứ nhất công của lực kéo nhỏ hơn và nhỏ hơn hai lần.

B. Trong cả hai trường hợp công của lực kéo bằng nhau.

C. Trường hợp thứ nhất công của lực kéo lớn hơn và lớn hơn 4 lần.

D. Trường hợp thứ hai công của lực kéo nhỏ hơn và nhỏ hơn 4 lần.

Bài 6: Để đưa vật có trọng lượng P = 500 N lên cao bằng ròng rọc động phải kéo dây đi một đoạn 8 m. Lực kéo, độ cao đưa vật lên và công nâng vật lên là bao nhiêu?

A. F = 210 N, h = 8 m, A = 1680 J

B. F = 420 N, h = 4 m, A = 2000 J

C. F = 210 N, h = 4 m, A = 16800 J

D. F = 250 N, h = 4 m, A = 2000 J

Khi dùng một ròng rọc động cho ta lợi 2 lần về lực thì thiệt 2 lần về đường đi.

Lực kéo của vật:

Gọi h là độ cao nâng vật lên, s = 8 m. Ta có: s = 2h

Công nâng vật lên là A = F.s = P.h = 500.4 = 2000 J

⇒ Đáp án D

Bài 7: Người ta dùng một mặt phẳng nghiêng để kéo một vật có khối lượng 50 kg lên cao 2 m. Nếu không có ma sát thì lực kéo là 125 N. Thực tế có ma sát và lực kế là 175 N. Hiệu suất của mặt phẳng nghiêng dùng trên là bao nhiêu?

A. 81,33 %        B. 83,33 %       C. 71,43 %        D. 77,33%

- Trọng lực của vật: P = 10.m = 10. 50 = 500 N

- Để nâng vật lên cao h = 2 m ta phải thực hiện một công A = P.h = 500.2 = 1000 J

- Do không có ma sát nên ta thực hiện một lực kéo 125 N. Vậy chiều dài mặt phẳng nghiêng là: s = 1000/125 = 8m

- Công thực tế là: A_tp = 175.8 = 1400 J

- Hiệu suất của mặt phẳng nghiêng:

⇒ Đáp án C

Bài 8: Một người đi xe đạp đi đều từ chân dốc lên đỉnh dốc cao 5 m. Dốc dài 40 m, biết lực ma sát cản trở xe chuyển động trên mặt đường là 20 N và cả người cùng xe có khối lượng 37,5 kg. Công tổng cộng do người đó sinh ra là bao nhiêu?

A. 3800 J        B. 4200 J        C. 4000 J        D. 2675 J

Bài 9: Dùng một ròng rọc động và một ròng rọc cố định để nâng một vật lên cao 20 m người ta phải kéo đầu dây một lực F = 450 N. Tính:

a) Công phải thực hiện để nâng vật.

b) Khối lượng của vật. Biết độ lớn của lực cản 30 N.

a) Công phải thực hiện để nâng vật:

A_{toàn phần} = F.s = F.2.h = 450.2.20 = 18000 J

b) Công để thắng lực cản:

A_{hao phí} = F_cản.s = F_cản.2.h = 20.2.20 = 800 J

Công có ích để nâng vật:

A_ci = A_{toàn phần} – A_{hao phí} = 18000 – 800 = 10000 J

Vậy khối lượng của vật:

A_ci = 10.m.h

Bài 10: Kéo một vật nặng 100 kg lên cao 25 m bằng Pa lăng gồm 2 ròng rọc động và 2 ròng rọc cố định. Hiệu suất của Pa lăng là 80%. Tính:

a) Công cần thực hiện để nâng vật.

b) Lực kéo vào đầu dây.

a) Công có ích để nâng vật:

A_ci = P.h = 100.10.25 = 25 000 J

Công toàn phần cần phải thực hiện để nâng vật:

b) Lực cần kéo dây để đưa vật lên cao 25 m là:

A_tp = F.s = F.4h