1. Trong trường hợp nào trọng lực không thực hiện công

Câu hỏi: Trong trường hợp nào sau đây, trọng lực không thực hiện công?

A. Vật đang rơi tự do

B. Vật đang chuyển động biến động đều trên mặt phẳng ngang

C. Vật đang trượt trên mặt phẳng nghiêng

D. Vật đang chuyển động ném ngang

Đáp án: B

Vật đang chuyển động biến đổi đều trên mặt phẳng ngang thì trọng lực không thực hiện công.

Trọng lực không thực hiện công trên một vật đang chuyển động trên mặt phẳng ngang vì công làm bởi trọng lực phụ thuộc vào việc di chuyển vật theo hướng của trọng lực. Trong trường hợp vật đang chuyển động trên mặt phẳng ngang, hướng di chuyển của vật không trùng với hướng trọng lực.

Trọng lực luôn tác động xuống theo phương vuông góc với mặt phẳng ngang. Khi vật di chuyển trên mặt phẳng ngang, lực trọng lực chỉ tạo ra một áp lực theo hướng vuông góc với hướng di chuyển của vật, nhưng không làm thay đổi năng lượng của vật. Điều này có nghĩa là công của lực trọng lực đối với hành trình trên mặt phẳng ngang là bằng không, vì công được tính bằng tích của lực và khoảng cách trong hướng của lực, và trong trường hợp này, tích này bằng 0.

Trong khi trọng lực không làm công trên một vật chuyển động trên mặt phẳng ngang, những lực khác như ma sát lùi hoặc lực áp dụng (nếu có) có thể thực hiện công để duy trì hoặc thay đổi tốc độ của vật.

2. Thế nào là trọng lực không thực hiện công?

Trọng lực không thực hiện công là một khái niệm trong vật lý mô tả việc lực trọng lực không thay đổi năng lượng của một vật khi nó di chuyển trong một hệ thống thường lực.

Để hiểu điều này, hãy xem xét một vật thể rơi tự do trong một môi trường không có ma sát và không có lực nào khác tác động lên nó ngoài trọng lực. Trong trường hợp này, vật thể sẽ trải qua một gia tốc theo hướng của trọng lực, nhưng điều quan trọng là công thực hiện bởi trọng lực trên vật thể sẽ luôn bằng không.

Lý do là công được tính bằng công thực hiện bởi một lực trên một vật là tích của lực đó và khoảng cách mà vật thể di chuyển theo hướng của lực đó. Trong trường hợp của trọng lực, khoảng cách mà vật thể di chuyển theo hướng trọng lực luôn là khoảng cách thẳng đứng xuống từ vị trí ban đầu đến vị trí cuối cùng. Tuy nhiên, vì vật thể rơi tự do, nó sẽ đi theo đường reo, tức là đường đi ngắn nhất giữa hai điểm, là một đường thẳng thẳng đứng xuống. Vì vậy, công của trọng lực là công tích phân của một lực không đổi (trọng lực) nhân với khoảng cách không đổi (đường thẳng đứng), điều này dẫn đến một giá trị công bằng không.

Nhưng quan trọng là gia tốc của vật thể dưới tác động của trọng lực thì không bằng không. Nó đang thay đổi vận tốc của vật thể và làm thay đổi năng lượng của nó theo cách khác. Tóm lại, trọng lực không làm công theo cách tính công truyền thống (lực nhân với khoảng cách trong hướng của lực), nhưng nó vẫn ảnh hưởng đến vận tốc và năng lượng của vật thể thông qua việc tạo ra gia tốc.

3. Một số về trọng lực không thực hiện công trên các vật thể

Vật thể đang chuyển động nằm trên mặt phẳng ngang: Khi bạn đẩy một hòa thể trên bàn hoặc mặt đất và nó di chuyển trên mặt phẳng ngang mà không có sự tác động của lực nào khác ngoài trọng lực, thì trọng lực không thực hiện công. Ví dụ, một quả bóng trên sân cỏ khi bạn đá nó, trọng lực không thực hiện công trong quá trình nó trượt trên bề mặt.

Vật thể treo tự do: Một chiếc cầu dao (ví dụ: một quả cầu dừa treo trong không khí) khi không có lực nào khác tác động lên nó, trọng lực chỉ tạo ra một áp lực ngược hướng và không làm công. Dù cầu dao dao động, nó vẫn giữ nguyên tọa độ đầu cuối của nó. Khi một vật thể như một chiếc cầu dao (hoặc quả cầu dừa treo) dao động như một con lắc, trọng lực không làm công trên vật thể trong quá trình dao động. Điều này có thể được hiểu bằng cách áp dụng nguyên lý bảo toàn năng lượng. Trong trường hợp này, khi vật thể dao động, năng lượng của nó không thay đổi, và trọng lực không thực hiện công trong quá trình này. Khi vật thể được kéo lên cao ở điểm cực của dao động, nó có năng lượng tiềm năng lớn nhất, nhưng tại thời điểm đó, tốc độ của nó là 0. Khi nó đi xuống ở điểm cực kia của dao động, nó có tốc độ tối đa nhưng năng lượng tiềm năng là nhỏ nhất. Trong suốt quá trình dao động, tổng năng lượng của vật thể (năng lượng tiềm năng và năng lượng động) duy trì không đổi. Trong trường hợp này, công của trọng lực bằng 0 vì trọng lực và hướng di chuyển của vật thể luôn vuông góc vào nhau. Công của trọng lực chỉ được thực hiện khi vật thể thực sự thay đổi vị trí theo hướng của trọng lực, như khi bạn kéo nó sang một hướng nào đó hoặc để nó rơi tự do.

Vật thể trên không gian vũ trụ: Trong không gian vũ trụ, không có môi trường nào tạo ra ma sát hay lực kháng, và nếu một vật thể không có động cơ riêng đang di chuyển, thì trọng lực cũng không làm công vì không có sự thay đổi về năng lượng kiến thức của vật thể. Trong không gian vũ trụ, không có kháng lực hay ma sát để làm công lên vật thể. Vì vậy, nếu một vật thể đang ở trạng thái tĩnh (không di chuyển) hoặc duy trì một chuyển động cứng (không thay đổi tốc độ hoặc hướng), thì không có lực nào khác ngoài trọng lực tác động lên nó. Trọng lực chỉ tạo ra gia tốc cho vật thể (hướng về trung tâm của hành tinh hoặc thiên hà) mà không làm thay đổi tổng năng lượng của vật thể. Do đó, trong trường hợp này, công của trọng lực bằng không, vì công được tính bằng tích của lực và khoảng cách trong hướng của lực, và khoảng cách trong hướng của trọng lực là không đổi.

Nhớ rằng trong tất cả các ví dụ này, trọng lực vẫn tác động lên vật thể và tạo ra gia tốc (thường là gia tốc rơi tự do gần mặt đất). Tuy nhiên, công được tính bằng lực nhân với khoảng cách trong hướng của lực, và trong những tình huống này, khoảng cách trong hướng của lực trọng lực thường không thay đổi, do đó công của trọng lực bằng không.

4. Một số bài tập về trọng lực không thực hiện công

Bài tập về đứng yên trên mặt đất: Hãy xem xét một vật thể đứng yên trên mặt đất. Tính trọng lực tác động lên vật thể và chứng minh rằng công của trọng lực là bằng không trong trường hợp này.

Bài tập về vật thể nằm trên mặt bàn: Hãy đặt một vật thể (ví dụ: cuốn sách) lên một mặt bàn. Tính trọng lực tác động lên vật thể và chứng minh rằng công của trọng lực là bằng không trong trường hợp này khi bạn không đẩy hoặc kéo vật thể.

Bài tập về quả bóng treo tự do: Xem xét một quả bóng treo từ một dây dài. Tính trọng lực tác động lên quả bóng và chứng minh rằng công của trọng lực là bằng không trong trường hợp này khi quả bóng đứng yên (không dao động).

Bài tập về lực kéo trên trái đất: Hãy tính lực trọng lực tác động lên một vật trên bề mặt trái đất và chứng minh rằng công của trọng lực là bằng không khi vật thể di chuyển theo một đường thẳng ngang (mặt phẳng ngang).

Bài tập về lấy ví dụ trong không gian vũ trụ: Tìm một ví dụ trong không gian vũ trụ (ví dụ: vật thể đang di chuyển trong không gian xa) và chứng minh rằng trong trường hợp đó, công của trọng lực là bằng không.

Một người kéo một hòm gỗ trượt trên sàn nhà bằng một dây có phương hợp với phương ngang một góc 60°. Lực tác dụng lên dây bằng 150 N. Công của lực đó khi trượt được 10 m là

=> Công A của lực kéo trong là

=> A= F.S.cosa= 150.10 . cos(60^o)= 750J

Một vật có khối lượng m = 3 kg được kéo lên trên mặt phẳng nghiêng một góc 30° so với phương ngang bởi một lực không đổi F = 70 N dọc theo mặt phẳng nghiêng. Biết hệ số ma sát là 0,05, lấy g = 10 m/s2. Tổng công của tất cả các lực tác dụng lên vật khi vật di chuyển được một quãng đường s = 2m bằng

Vật chịu tác dụng của các lực

Lực kéo F và trọng lực P phản lực N của mặt nghiêng và lực ma sát F_ms

Vì P Sina= 15N < F= 70N nên vật chuyển động lên theo mặt phẳng nghiêng ( được mặc nhiên chọn là chiều dương)

Trong trường hợp nào sau đây, trọng lực không thực hiện công?