Động năng là gì? Công thức tính động năng

Khám phá khái niệm động năng, công thức tính và các yếu tố ảnh hưởng. Được VnDoc biên soạn tổng hợp kèm ví dụ minh họa giúp bạn hiểu rõ hơn về động năng. 

I. Động năng là gì?

1. Khái niệm động năng

Mọi vật xung quanh ta đều có mang năng lượng.

Khi mọi vật tương tác với các vật khác thì giữa chúng có thể có trao đổi năng lượng.

Động năng là dạng năng lượng mà một vật có được do chuyển động. Vật có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn.

Ví dụ: Một quả bóng lăn trên mặt đất

Khi bạn đá một quả bóng, nó bắt đầu lăn. Quả bóng đang chuyển động nên nó có động năng. Nếu bạn chạy đến và chặn nó lại, bạn phải dùng lực – vì quả bóng có động năng, và bạn cần tiêu tán năng lượng đó để dừng nó.

2. Tầm quan trọng của động năng trong vật lý và đời sống

Động năng có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống hàng ngày và trong khoa học. Dưới đây là một số ví dụ về ứng dụng của động năng:

• Giao thông vận tải:

Động năng được sử dụng rộng rãi trong giao thông vận tải, bao gồm việc thiết kế và hoạt động của các phương tiện như ô tô, xe máy, tàu hỏa, và máy bay. Hiểu về động năng giúp cải thiện hiệu suất nhiên liệu, tăng độ an toàn và hiệu quả của các phương tiện vận chuyển.

• Cơ học và kỹ thuật:

Động năng đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng cơ học và kỹ thuật. Nó có thể được sử dụng để tính toán và thiết kế các máy móc, cơ cấu, và hệ thống cơ khí như cầu, cầu trục, và máy móc công nghiệp.

• Năng lượng tái tạo:

Hiểu về động năng giúp trong việc phát triển và tận dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, và năng lượng thủy điện. Các thiết bị chuyển đổi động năng từ các nguồn này thành năng lượng điện hoặc nhiệt có thể được thiết kế dựa trên nguyên tắc động năng.

• Học tập và giảng dạy:

Động năng là một phần quan trọng của giáo dục vật lý và khoa học. Nó giúp học sinh và sinh viên hiểu về mối quan hệ giữa chuyển động và năng lượng, và cách tính toán động năng trong các bài toán thực tế.

• Công nghiệp và sản xuất:

Trong sản xuất và công nghiệp, động năng được sử dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất, tăng năng suất và sử dụng năng lượng một cách hiệu quả. Các máy móc công nghiệp, như máy cắt, máy ép, và máy gia công kim loại, sử dụng động năng để hoạt động.

II. Công thức tính động năng

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 và được xác định theo công thức

Biểu thức tính động năng:

$W_{đ}=\frac{1}{2}m{v}^2$

Trong đó:

+ m (kg) là khối lượng của vật.

+ v (m/s) là tốc độ chuyển động của vật.

+ Wđ (J) là động năng của vật.

III. Động năng phụ thuộc vào những yếu tố nào

Động năng phụ thuộc vào khối lượng của vật và vận tốc của vật.

Vật có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn.

Ví dụ: Quả cầu A có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì công do nó sinh ra càng lớn.

IV. Ví dụ minh họa 

Ví dụ 1: Khi bạn đá một quả bóng, quả bóng chuyển động → có động năng. Bóng bay càng nhanh thì động năng càng lớn.

Ví dụ 2:  Khi bạn đạp xe trên đường, chiếc xe đạp có động năng vì nó chuyển động. Động năng của chiếc xe đạp phụ thuộc vào tốc độ đạp và khối lượng của bạn cộng với xe đạp. 

Ví dụ 3: Một chiếc ô tô khối lượng lớn chạy với vận tốc cao có rất nhiều động năng. Vì thế, khi phanh lại cần lực rất lớn để dừng xe – đó là do cần triệt tiêu động năng.

Nếu chiếc ô tô có khối lượng 1000 kg và đang chạy với tốc độ 20 m/s, động năng của chiếc ô tô sẽ là:

 $W_{đ}=\frac{1}{2}m{v}^2=\frac{1}{2}.1000{.20}^2=200000J$ 

V. Câu hỏi vận dụng liên quan 

Câu 1. Động năng của một vật phụ thuộc vào yếu tố nào?

A. Khối lượng và tốc độ của vật.

B. Khối lượng và độ cao của vật.

C. Tốc độ và hình dạng của vật.

D. Độ cao và hình dạng của vật.

Câu 2. Nếu khối lượng của một vật tăng gấp đôi nhưng tốc độ giữ nguyên thì động năng của vật sẽ thay đổi như thế nào?

A. Tăng gấp đôi.

B. Không thay đổi.

C. Giảm đi một nửa.

D. Tăng gấp bốn.

Câu 3. Nếu tốc độ chuyển động của một ô tô tăng gấp đôi thì động năng của ô tô đó thay đổi như thế nào?

A. Tăng 2 lần.

B. Tăng 4 lần.

C. Giảm 2 lần.

D. Giảm 4 lần.

Câu 4. Vật nào sau đây có động năng lớn nhất?

A. Xe máy đứng yên bên đường

B. Viên bi đang lăn trên sàn nhà

C. Ô tô đang đỗ trong bãi xe

D. Quyển sách nằm yên trên bàn

Câu 5. Điều nào sau đây đúng khi nói về cơ năng ? Hãy chọn câu đúng nhất

A. Cơ năng phụ thuộc vào độ biến dạng của vật gọi là thế năng đàn hồi

B. Cơ năng phụ thuộc vị trí của vật so với mặt đất gọi là thế năng hấp dẫn

C. Cơ năng của vật do chuyển động mà có gọi là động năng

D. Cả A,B,C đều đúng

Câu 6. Trong các trường hợp sau đây, trường hợp nào cơ năng của các vật bằng nhau?

A. Hai vật ở cùng một độ cao so với mặt đất

B. Hai vật ở các độ cao khác nhau so với mặt đất

C. Hai vật chuyển động cùng một vận tốc, cùng một độ cao và có cùng khối lượng

D. Hai vật chuyển động với các vận tốc khác nhau

Câu 7. Một lò xo làm bằng thép đang bị nén lại. Lúc này lò xo có cơ năng. Vì sao lò xo có cơ năng?

A. Vì lò xo có nhiều vòng xoắn

B. Vì lò xo có khả năng sinh công

C. Vì lò xo có khối lượng

D. Vì lò xo làm bằng thép

Câu 8. Một quả bóng được thả rơi từ độ cao 5m cách mặt đất. Sau lần chạm đất thứ nhất quả bóng mất 1/5 cơ năng mà nó đã có được trước khi chạm đất. Vậy sau lần chạm đất này quả bóng nảy lên được độ cao:

A. 1m

B. 2,5m

C. 3m

D. 4m

Câu 9. Phát biểu nào sau đây đầy đủ nhất khi nói về sự chuyển hóa cơ năng?

A. Động năng có thể chuyến hóa thành cơ năng

B. Thế năng có thể chuyển hóa thành động năng

C. Động năng và thế năng có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau, nhưng cơ năng được bảo toàn

D. Động năng chỉ có thể chuyển hóa thành thế năng

Câu 10. Nếu một vật có động năng là 20 J và khối lượng là 10 kg thì tốc độ của vật là bao nhiêu?

A. 2 m/s.

B. 4 m/s.

C. 20 m/s.

D. 10 m/s.

---------------------------------------