Động Năng Là Gì Các Công Thức Tính Động Năng

Động năng của một vật là năng lượng mà nó có được từ chuyển động của nó. Nó được định nghĩa là công cần thực hiện để gia tốc một vật với khối lượng cho trước từ trạng thái nghỉ tới vận tốc hiện thời của nó.

Sau khi đạt được năng lượng này bởi gia tốc của nó, vật sẽ duy trì động năng này trừ khi tốc độ của nó thay đổi.

Tốc độ, và do đó động năng của một vật duy nhất phụ thuộc hệ quy chiếu (có tính tương đối): nó có thể nhận bất kỳ giá trị dương nào, bởi việc chọn hệ quy chiếu quán tính thích hợp.

Ví dụ, một viên đạn bay qua một quan sát viên có động năng trong hệ quy chiếu gắn với quan sát viên đó. Viên đạn giống vậy sẽ đứng yên trong quan điểm của một quan sát viên khác chuyển động cùng vận tốc với viên đạn, vì vậy nó có động năng bằng không.

Trái lại, tổng động năng của một hệ vật không thể giảm tới không bởi cách chọn hệ quy chiếu quán tính thích hợp, trừ khi tất cả các vật đó có cùng vận tốc.

Trong bất kỳ trường hợp khác, tổng động năng có giá trị nhỏ nhất khác không, và không có hệ quy chiếu quán tính nào có thể được chọn để tất cả vật đều đứng yên.

Động năng nhỏ nhất này góp phần vào khối lượng bất biến của hệ, mà nó là độc lập với hệ quy chiếu. Trong cơ học cổ điển, động năng của một vật không quay có khối lượng m di chuyển với tốc độ v là ½

Động năng là gì? 

Để hiểu rõ hơn về động năng, các em cần hiểu năng lượng là gì? Năng lượng chính là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của một vật bất kỳ. Khi một vật được tương tác với các vật khác thì giữa chúng có thể trao đổi năng lượng.

Trong Vật lý, năng lượng được coi là một đại lượng bảo toàn, nó không tự nhiên sinh ra hay mất đi.

Còn động năng chính là dạng năng lượng mà vật có được do nó đang chuyển động. Khi một vật bất kì nào đó có động năng thì vật đó có thể tác dụng lực lên những vật khác và lực này sẽ sinh công.

Ngoài ra, động năng còn được hiểu là công cần thực hiện để gia tốc một vật với khối lượng cho trước, từ trạng thái nghỉ đến vận tốc hiện thời của nó. Vật có khối lượng càng lớn và chuyển chuyển động càng nhanh thì đồng nghĩa với động năng của vật đó cũng lớn theo.

Động năng được kí hiệu là Wđ, có đơn vị là Jun (J).

Giới thiệu

Năng lượng tồn tại trong nhiều dạng, bao gồm hóa năng, nhiệt năng, bức xạ điện từ, năng lượng trọng trường, điện năng, năng lượng đàn hồi, năng lượng nguyên tử, năng lượng nghỉ. Chúng có thể được sắp xếp vào hai nhóm chính: thế năng và động năng.

Động năng có được hiểu dễ dàng bởi những ví dụ chứng minh làm sao nó có thể chuyển đổi thành dạng khác hay là từ dạng khác. Ví dụ, một vận động viên đạp xe sử dụng hóa năng cung cấp từ thức ăn để gia tốc chiếc xe đạp.

Trên cùng một độ cao, tốc độ này có thể được duy trì mà không cần tốn công, không tính lực cản không khí và ma sát. Hóa năng đã chuyển thành động năng, năng lượng của chuyển động, nhưng quá trình không hiệu quả hoàn toàn và sản sinh ra nhiệt trong người đạp xe.

Động năng trong chuyển động của người đạp xe và chiếc xe đạp có thể chuyển đồi thành dạng khác. Ví dụ, người đạp xe có thể gặp phải một ngọn đồi đủ cao để đạp lên, và chiếc xe đạp hoàn toàn dừng khi ở trên đỉnh.

Động năng phần lớn đã chuyển thành thế năng trọng trường mà nó có thể được giải phóng khi xuống dốc mà không đạp ở phía bên kia đồi. Vì xe đạp mất một phần năng lượng của nó cho ma sát, nó không bao giờ lấy lại được tốc độ của nó mà không đạp.

Năng lượng không bị mất đi; nó chỉ chuyển thành dạng khác vì ma sát. Ngoài ra người đạp xe có thể nối một cái dynamo tới một bánh để phát một chút điện khi đi xuống.

Chiếc xe đạp sẽ di chuyển chậm hơn ở chân đồi so với khi không có dynamo bởi vì một phần năng lượng đã chia thành điện năng. Một khả năng khác là người đạp xe có thể bóp thắng, và trong trường hợp này động năng có thể giải phóng qua ma sát dưới dạng nhiệt.

Như bất kỳ đại lượng vật lý khác phụ thuộc vào vận tốc, động năng của một vật phụ thuộc vào mối quan hệ giữa vật và hệ quy chiếu của quan sát viên. Do đó, động năng của vật không phải là bất biến.

Tàu vũ trụ sử dụng hóa năng để phóng và đạt tới động năng cần thiết để đạt tới vận tốc của quỹ đạo. Trong quỹ đạo hoàn toàn tròn, động năng này là hằng số bởi là hầu như không có ma sát ở ngoài không gian gần Trái Đất.

Tuy nhiên nó sẽ bay trở vào khi có một số động năng chuyển thành nhiệt. Nếu quỹ đạo là hình ellipse hay hyperbol, thì động năng và thế năng của nó luôn trao đổi; khi động năng lớn nhất thì thế năng là nhỏ nhất và gần Trái Đất hay những thiên thể khác nhất, khi thế năng là lớn nhất thì động năng là nhỏ nhất. Nếu không có tác động khác, tổng động năng và thế năng luôn là hằng số.

Động năng có thể chuyển từ một vật sang một vật khác. Trong trò bi da, người chơi truyền động năng vào quả bi chủ khi thục nó bằng cây cơ. Nếu quả bi chủ va chạm với quả bi khác, nó sẽ chậm lại đáng kể và quả bi bị va chạm sẽ gia tốc tới tốc độ tương ứng với động năng đã truyền cho nó.

Trong va chạm không đàn hồi, động năng bị tiêu tan thành nhiều dạng năng lượng, như nhiệt, âm thanh, năng lượng liên kết.

Bánh đà đã được phát triển như là một phương pháp để dữ trữ năng lượng. Động năng sẽ được dự trữ dưới dạng chuyển động quay.

Một số mô tả toán học của động năng đã mô tả động năng trong một số tình huốn vật lý thích hợp. Cho những vật và quá trình mà con người thường trải nghiệm, công thức ½mv² cho bởi cơ học cổ điển (cơ học Newton) là phù hợp.

Tuy nhiên, nếu tốc độ của vật có thể so sánh với tốc độ ánh sáng, hiệu ứng tương đối tính sẽ trở nên đáng kể và công thức tương đối tính được sử dụng. Nếu vật ở quy mô nguyên tử hay dưới nguyên tử, hiệu ứng cơ học lượng tử sẽ trở nên đáng kể và những mô hình cơ học lượng tử phải được sử dụng.

Lịch sử và từ nguyên

Nguyên lý trong cơ học cổ điển E ∝ mc² được phát triển đầu tiên bởi Gottfried Leibniz và Johann Bernoulli, những người đã mô tả động năng như là “lực sống” (vis viva). Nhà toán học Hà Lan Willem ‘s Gravesande đã thực hiện thí nghiệm chứng minh mối quan hệ này.

Khi những quả nặng rơi từ những độ cao khác nhau và một khối đất sét, Willem ‘s Gravesande đã xác định là độ lún của nó tỉ lệ thuận với bình phương tốc độ va chạm. Émilie du Châtelet đã công nhận kết quả thí nghiệm và đưa ra một lời giải thích.

Thuật ngữ động năng và công trong trình bày khoa học của họ gợi lại vào giữa thế kỷ XIX.

Những hiểu biết sớm về những ý tưởng này có thể quy cho Gaspard-Gustave Coriolis, người đã phát hành vào năm 1829 tờ báo có tựa Du Calcul de l’Effet des Machines đã đề cập những công thức tính toán động năng. William Thomson, và sau đó là Lord Kelvin, là những người đặt ra thuật ngữ “động năng”.

Công thức tính động năng

– Xét một vật m chuyển động dưới tác dụng của lực F

=> Vật có gia tốc a và vận tốc biến đổi từ v1 thành v2

v2^2 – v1^2 = 2as = 2. F . s / m = 2A / m

1/2 mv2^2 – 1/2 mv1^2 = A

=> Sự biến đổi của đại lượng 1/2 mv^2 sinh ra công A

=> Động năng

– Xét trường hợp vật xuất phát từ vị trí nghỉ (v1 = 0)

=> A = 1/2 mv^2

=> Khi lực tác dụng lên vật sinh công thì vật biến đổi từ trạng thái nghỉ sang trạng thái chuyển động

* Động năng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là năng lượng (kí hiệu Wđ) mà vật đó có được do nó đang chuyển động được xác định theo công thức:

Wđ = 1/2 mv^2

Đơn vị: Jun (J)

Điều kiện để vật có động năng

Điều kiện để vật có động năng là vật chuyển động so với vật mốc.

Ví dụ:

Tàu lượn siêu tốc đạt đến động năng cực đại khi ở vị trí thấp nhất của đường ray. Khi nó bắt đầu đi lên, động năng bắt đầu chuyển thnahf thế năng trọng trường.

Tổng động năng và thế năng trong một hệ là hằng số. nếu bỏ qua sự mất mát do ma sát.

Một vận động viên đạp xe sử dụng hóa năng cung cấp từ thức ăn để gia tốc chiếc xe đạp.

Trong trò chơi bida, người chơi truyền động năng vào quả bi chỉ khi thục nó bằng cây cơ.

Người Hà Lan thông qua các côi xay gió biến năng lượng từ gió chuyển động thành công cơ học để có thể chạy các máy sát.

Những đồng bào miền núi sử dụng chuyển động của nước thành công cơ học để có thể lấy nước từ suối lên các máng nước.

Các nhà máy thủy điện chặn dòng nước chảy, điều khiển chuyển động của nước sinh ra công cơ học để cs thể làm cho các tuabin của máy phát điện chạy.

Chuyển động quay

Động năng của một vật vừa chuyển động tịnh tiến, vừa quay là:

Eđ = Et + Eq

với Et là động năng tịnh tiến

Et = ½.m.v2

và Eq là động năng quay

Eq = ½.I.ω2

Ở đây:

m: khối lượng,

v: vận tốc chuyển động tịnh tiến,

I: mômen quán tính và

ω: vận tốc góc

Có thể liên hệ động năng quay với mômen động lượng qua biểu thức:

Eq = L2/2I

Với:

L: mômen động lượng

I: mômen quán tính

Trên đây Thiết Bị Điện Goldsun đã tổng hợp các thông tin về Động năng là gì giúp cho quý bạn đọc cung cấp các kiến thức cần thiết để áp dụng cho công việc và học tập.