Bài 17. Sự chuyển hóa và bảo toàn cơ năng

I. Sự chuyển hóa của các dạng cơ năng

Thí nghiệm 1: Quả bóng rơi Hình bên ghi lại vị trí của quả bóng đang rơi sau những khoảng thời gian bằng nhau. - Ta thấy, trong thời gian quả bóng rơi, độ cao của quả bóng giảm dần, vận tốc của quả bóng tăng dần. Như vậy, thế năng của quả bóng giảm giần, còn động năng của nó tăng dần. - Khi quả bóng chạm đất, nó nảy lên. Trong thơi gian nảy lên, độ cao của quả bóng tăng dần, vận tốc của nó giảm dần. Như vậy, thế năng của quả bóng giảm dần, động năng của nó tăng dần. Nhận xét: - Quả bóng có thế năng lớn nhất ở vị trí bắt đầu thả và thế năng nhỏ nhất ở vị trí chạm mặt đất. - Quả bóng có động năng lớn nhất ở vị trí chạm mặt đất và động năng nhỏ nhất ở vị trí bắt đầu thả.

Thí nghiệm 2: Con lắc dao động

Kéo con lắc ra khỏi vị trí cân bằng tới vị trí A rồi thả tay. Lấy vị trí cân bằng B làm mốc tính các độ cao.

Ta thấy, vận tốc của con lắc tăng khi con lắc đi từ A xuống B, vận tốc của con lắc giảm khi con lắc đi từ B lên C.

Nhận xét:

- Ở vị trí A con lắc có thế năng lớn nhất và ở vị trí B con lắc có động năng lớn nhất.

- Ở vị trí A con lắc có động năng nhỏ nhất và ở vị trí B con lắc có thế năng nhỏ nhất. Các giá trị nhỏ nhất này bằng không.

Kết luận:

- Trong chuyển động của con lắc đã có sự chuyển hóa liên tục các dạng cơ năng: Thế năng chuyển hóa thành động năng và động năng chuyển hóa thành thế năng.

- Khi con lắc ở vị trí thấp nhất (vị trí cân bằng), thế năng đã chuyển hóa hoàn toàn thành động năng; khi con lắc ở vị trí cao nhất, động năng đã chuyển hóa hoàn toàn thành thế năng.

II. Bảo toàn cơ năng

Trong quá trình cơ học, động năng và thế năng có thể chuyển hóa lẫn nhau, nhưng có năng thì không đổi. Người ta nói cơ năng được bảo toàn.

Chú ý: Nếu kể đến ma sát thì cơ năng của vật không được bảo toàn.

Ví dụ như trong thực tế, khi thả rơi một quả bóng thì sau khi chạm đất, nó không thể nảy lên được độ cao ban đầu. Một phần cơ năng đã chuyển hóa thành một dạng năng lượng khác.