Một trong những ứng dụng cơ bản của vật lý trong đời sống là việc tính toán công và công suất của các phương tiện giao thông đường thủy. Bài viết này sẽ tập trung phân tích một bài toán điển hình: Một Tàu Thủy Chạy Trên Sông Theo đường Thẳng kéo một sà lan chở hàng, từ đó làm rõ các khái niệm liên quan đến công cơ học.
Xét trường hợp cụ thể, giả sử một tàu thủy chạy trên sông theo đường thẳng kéo một sà lan chở hàng với một lực không đổi là 5.103 N. Lực này thực hiện một công là 15.106 J. Câu hỏi đặt ra là sà lan đã di chuyển một quãng đường bao xa theo phương của lực kéo?
Để giải quyết bài toán này, ta áp dụng công thức tính công cơ học:
A = F.s
Trong đó:
- A là công thực hiện (đơn vị: Joule, J)
- F là lực tác dụng (đơn vị: Newton, N)
- s là quãng đường di chuyển (đơn vị: mét, m)
Từ công thức trên, ta có thể suy ra quãng đường di chuyển của sà lan:
s = A / F
Thay số vào, ta được:
s = 15.106 J / 5.103 N = 3000 m
Vậy, sà lan đã dời chỗ một quãng đường là 3000 mét (tức 3 kilômét) theo phương của lực kéo.
Việc tính toán này cho thấy mối liên hệ trực tiếp giữa lực kéo, quãng đường di chuyển và công mà tàu thủy đã thực hiện khi chạy trên sông theo đường thẳng.
Ngoài ra, bài toán này cũng có thể mở rộng để tính công suất của tàu thủy. Nếu biết thời gian tàu thủy kéo sà lan, ta có thể tính công suất theo công thức:
P = A / t
Trong đó:
- P là công suất (đơn vị: Watt, W)
- t là thời gian thực hiện công (đơn vị: giây, s)
Việc hiểu rõ các khái niệm và công thức này giúp chúng ta áp dụng vào thực tế, ví dụ như trong việc thiết kế và vận hành các phương tiện giao thông đường thủy một cách hiệu quả hơn.
Để hiểu rõ hơn về công của lực ma sát, ta xét một ví dụ khác liên quan đến chuyển động trên mặt phẳng nghiêng.
Khi một vật trượt xuống trên một mặt phẳng nghiêng, lực ma sát sẽ tác dụng ngược chiều chuyển động, làm giảm gia tốc và tiêu hao năng lượng. Công của lực ma sát có thể được tính bằng công thức:
Ams = -μ.N.s
Trong đó:
- μ là hệ số ma sát
- N là phản lực pháp tuyến
- s là quãng đường trượt
Việc tính toán công của lực ma sát giúp ta hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của chuyển động và tìm cách giảm thiểu ma sát trong các ứng dụng thực tế.
