Cơ năng

Một ví dụ về một hệ cơ học: một vệ tinh quay quanh Trái đất chỉ chịu một lực hấp dẫn (lực bảo toàn) do đó cơ năng của hệ này không đổi.

Hiểu một cách đơn giản thì khi một vật có khả năng thực hiện công cơ học, ta nói vật đó có cơ năng.^[1]

Hiểu một cách rõ ràng và chính xác hơn thì trong Vật lý học, cơ năng là tổng của động năng và thế năng. Nó là năng lượng kết hợp của chuyển động và vị trí của vật thể. Định luật bảo toàn cơ năng nói rõ, trong một hệ kín không ma sát thì cơ năng không đổi.

Tổng quát

Cơ năng là một đại lượng vô hướng và cơ năng của một hệ là tổng của thế năng (được tính bằng vị trí tương đối của các thành phần của hệ) và động năng:^[2][3]

${\displaystyle W=W_{t}+W_{\text{đ}}}$

Thế năng, ${\displaystyle W_{t}}$, phụ thuộc vào vị trí của vật phải chịu một lực bảo toàn. Nó được định nghĩa là khả năng sinh công cơ học của một vật và nó tăng lên khi vật bị di chuyển theo hướng ngược với hướng của lực tác dụng.^{[nb 1][2]} Nếu F là lực bảo toàn và x là vị trí, thì thế năng của lực giữa 2 vị trí x₁ và x₂ được định nghĩa là giá trị âm của tích phân của F từ x₁ đến x₂:^[5]

${\displaystyle W_{t}=-\int \limits _{x_{1}}^{x_{2}}{\vec {F}}\cdot d{\vec {x}}}$

Động năng, ${\displaystyle W_{\text{đ}}}$, phụ thuộc vào vận tốc của vật và là khả năng sinh công của vật đang chuyển động khi nó va chạm vào một vật khác.^{[nb 2][9]} Nó được định nghĩa là một nửa của tích giữa khối lượng vật và bình phương vận tốc của vật.:^[2][10]

${\displaystyle W_{\text{đ}}={1 \over 2}mv^{2}}$

Định luật bảo toàn cơ năng phát biểu rằng, nếu một vật hoặc hệ vật chỉ chịu những lực bảo toàn, thì cơ năng của vật hoặc hệ vật ấy không đổi.^[11] Sự khác nhau giữa lực bảo toàn và lực không bảo toàn là khi một lực bảo toàn di chuyển một vật thể từ vị trí này sang vị trí khác, công sinh ra bởi lực bảo toàn không phụ thuộc vào quãng đường di chuyển. Ngược lại, khi một lực không bảo toàn tác động lên 1 vật thể, công sinh ra bởi lực không bảo toàn phụ thuộc vào quãng đường di chuyển.^[12][13]

Chú thích

1. It is important to note that when measuring mechanical energy, an object is considered as a whole, as it is stated by Isaac Newton in his Principia: "The motion of a whole is the same as the sum of the motions of the parts; that is, the change in position of its parts from their places, and thus the place of a whole is the same as the sum of the places of the parts and therefore is internal and in the whole body."^[4]
2. In physics, speed is a scalar quantity and velocity is a vector. In other words, velocity is speed with a direction and can therefore change without changing the speed of the object since speed is the numerical magnitude of a velocity.^[6][7][8]

Tham khảo

1. Sách giáo khoa vật lý 8. Nhà Xuất Bản Giáo Dục Việt Nam. Tháng 1 năm 2021. tr. 55. ISBN 978-604-0-23485-8.
2. ^ Wilczek, Frank (2008). “Conservation laws (physics)”. AccessScience. McGraw-Hill Companies. Bản gốc lưu trữ ngày 19 tháng 7 năm 2013. Truy cập ngày 26 tháng 8 năm 2011.
3. “mechanical energy”. The New Encyclopædia Britannica: Micropædia: Ready Reference. 7 (ấn bản thứ 15). 2003. |ngày truy cập= cần |url= (trợ giúp)
4. Newton 1999, tr. 409
5. “Potential Energy”. Texas A&M University–Kingsville. Bản gốc lưu trữ ngày 14 tháng 4 năm 2012. Truy cập ngày 25 tháng 8 năm 2011.
6. Brodie 1998, tr. 129–131Lỗi harv: không có mục tiêu: CITEREFBrodie1998 (trợ giúp)
7. Rusk, Rogers D. (2008). “Speed”. AccessScience. McGraw-Hill Companies. Bản gốc lưu trữ ngày 19 tháng 7 năm 2013. Truy cập ngày 28 tháng 8 năm 2011.
8. Rusk, Rogers D. (2008). “Velocity”. AccessScience. McGraw-Hill Companies. Bản gốc lưu trữ ngày 19 tháng 7 năm 2013. Truy cập ngày 28 tháng 8 năm 2011.
9. Brodie 1998, tr. 101Lỗi harv: không có mục tiêu: CITEREFBrodie1998 (trợ giúp)
10. Jain 2009, tr. 9
11. Jain 2009, tr. 12
12. Department of Physics. “Review D: Potential Energy and the Conservation of Mechanical Energy” (PDF). Massachusetts Institute of Technology. Truy cập ngày 3 tháng 8 năm 2011.
13. Resnick, Robert and Halliday, David (1966), Physics, Section 8-3 (Vol I and II, Combined edition), Wiley International Edition, Library of Congress Catalog Card No. 66-11527

Tài liệu

• Brodie, David; Brown, Wendy; Heslop, Nigel; Ireson, Gren; Williams, Peter (1998). Terry Parkin (biên tập). Physics. Addison Wesley Longman Limited. ISBN 978-0-582-28736-5. |ngày truy cập= cần |url= (trợ giúp)
• Jain, Mahesh C. (2009). Textbook of Engineering Physics, Part I. New Delhi: PHI Learning Pvt. Ltd. ISBN 978-81-203-3862-3. Truy cập ngày 25 tháng 8 năm 2011.
• Newton, Isaac (1999). I. Bernard Cohen, Anne Miller Whitman (biên tập). The Principia: mathematical principles of natural philosophy. United States of America: University of California Press. ISBN 978-0-520-08816-0. Truy cập ngày 24 tháng 8 năm 2011.