Trong vật lý, cơ năng của một vật là tổng động năng và thế năng của nó. Định luật bảo toàn cơ năng là một trong những định luật cơ bản, tuy nhiên, định luật này chỉ đúng khi vật chỉ chịu tác dụng của lực thế (ví dụ: trọng lực, lực đàn hồi). Vậy điều gì xảy ra Khi Vật Chịu Tác Dụng Của Lực Không Phải Lực Thế?
Để hiểu rõ hơn, hãy cùng phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến cơ năng và điều kiện bảo toàn của nó.
Khi một vật chỉ chịu tác dụng của lực thế, công của lực thế chỉ phụ thuộc vào vị trí đầu và vị trí cuối của vật, không phụ thuộc vào hình dạng đường đi. Điều này dẫn đến cơ năng của vật được bảo toàn, nghĩa là tổng động năng và thế năng của vật luôn không đổi trong quá trình chuyển động.
Tuy nhiên, khi vật chịu tác dụng của lực không phải lực thế, ví dụ như lực ma sát, lực cản của không khí, hoặc lực kéo/đẩy tác dụng trực tiếp từ bên ngoài, thì cơ năng của vật sẽ không còn được bảo toàn nữa.
Cụ thể, nếu lực không phải lực thế sinh công dương lên vật, cơ năng của vật sẽ tăng lên. Ngược lại, nếu lực không phải lực thế sinh công âm lên vật (ví dụ như lực ma sát), cơ năng của vật sẽ giảm đi, chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác, thường là nhiệt năng.
Ví dụ, khi một quả bóng rơi trong không khí, ngoài trọng lực (lực thế), nó còn chịu tác dụng của lực cản không khí (lực không thế). Lực cản này sinh công âm, làm giảm dần cơ năng của quả bóng. Một phần cơ năng này chuyển thành nhiệt năng làm nóng quả bóng và không khí xung quanh.
Công thức tổng quát cho sự thay đổi cơ năng của vật khi vật chịu tác dụng của lực không phải lực thế là:
ΔE = Akhông thế
Trong đó:
- ΔE là độ biến thiên cơ năng (Esau – Etrước)
- Akhông thế là công của các lực không thế tác dụng lên vật.
Công thức này cho thấy rằng, sự thay đổi cơ năng của vật đúng bằng công của các lực không thế.
Để giải các bài toán liên quan đến khi vật chịu tác dụng của lực không phải lực thế, ta cần xác định rõ các lực tác dụng lên vật, tính công của các lực không thế, và áp dụng công thức trên.
Việc hiểu rõ về sự thay đổi cơ năng khi vật chịu tác dụng của lực không phải lực thế là rất quan trọng trong việc giải các bài toán vật lý thực tế, cũng như trong việc ứng dụng các nguyên lý vật lý vào các lĩnh vực kỹ thuật và công nghệ.
Ví dụ, để một chiếc máy bay phản lực có thể bay lên và duy trì độ cao, động cơ của máy bay phải tạo ra lực đẩy đủ lớn để thắng lực cản của không khí và lực hấp dẫn của Trái Đất. Lực đẩy này sinh công dương, làm tăng cơ năng của máy bay, cho phép nó bay lên cao và duy trì tốc độ.
