Công của một lực là một khái niệm quan trọng trong vật lý học, liên quan trực tiếp đến năng lượng và sự chuyển động. Để hiểu rõ về công, chúng ta cần phân biệt các trường hợp khác nhau khi lực tác dụng lên một vật.
Câu hỏi thường gặp: Phát biểu nào sau đây là không đúng khi nói về công của một lực?
Đáp án: B – sai vì có trường hợp lực sinh công phát động, có trường hợp lực sinh công âm, có trường hợp lực không sinh công mặc dù điểm đặt của lực tác dụng lên vật dịch chuyển. Ví dụ như một người nâng vật, đi đều theo phương ngang, lúc này lực nâng có điểm đặt trên vật nhưng có phương vuông góc với độ dịch chuyển nên lực nâng không sinh công.
Để hiểu rõ hơn, chúng ta sẽ đi sâu vào phân tích các trường hợp này:
-
Công phát động (công dương): Lực tác dụng lên vật có xu hướng làm tăng tốc độ của vật. Ví dụ, khi bạn đẩy một chiếc xe đang đứng yên, lực đẩy của bạn sinh công dương, làm xe chuyển động nhanh hơn.
-
Công cản (công âm): Lực tác dụng lên vật có xu hướng làm giảm tốc độ của vật. Ví dụ, lực ma sát giữa vật và mặt sàn sinh công âm, làm vật chuyển động chậm dần.
-
Lực không sinh công: Trong trường hợp này, lực tác dụng lên vật nhưng không làm thay đổi năng lượng của vật theo hướng chuyển động. Điều này xảy ra khi lực tác dụng vuông góc với hướng chuyển động của vật.
Ví dụ điển hình là trường hợp một người nâng vật lên cao nhưng lại di chuyển ngang. Lực nâng của người đó vuông góc với phương dịch chuyển ngang, do đó lực nâng không sinh công. Mặc dù người đó tốn sức để giữ vật, nhưng về mặt vật lý, không có công nào được thực hiện bởi lực nâng theo phương ngang.
Công thức tính công của một lực:
A = F.s.cos(α)Trong đó:
- A là công của lực (Joule)
- F là độ lớn của lực (Newton)
- s là quãng đường vật dịch chuyển (mét)
- α là góc giữa lực và phương dịch chuyển
Từ công thức trên, ta thấy rằng:
- Khi α < 90° (góc nhọn), cos(α) > 0, công A > 0 (công phát động).
- Khi α > 90° (góc tù), cos(α) < 0, công A < 0 (công cản).
- Khi α = 90° (góc vuông), cos(α) = 0, công A = 0 (lực không sinh công).
Các yếu tố ảnh hưởng đến công của một lực:
- Độ lớn của lực: Lực càng lớn, công thực hiện càng lớn (nếu các yếu tố khác không đổi).
- Quãng đường dịch chuyển: Quãng đường vật dịch chuyển càng dài, công thực hiện càng lớn (nếu các yếu tố khác không đổi).
- Góc giữa lực và phương dịch chuyển: Góc này quyết định công là dương, âm hay bằng không.
Ví dụ khác: Một thùng hàng được kéo trên mặt sàn nằm ngang. Trọng lực tác dụng lên thùng hàng hướng xuống dưới, vuông góc với phương dịch chuyển ngang. Do đó, trọng lực không sinh công trong trường hợp này. Tương tự, phản lực của mặt sàn cũng không sinh công vì nó cũng vuông góc với phương dịch chuyển.
Kết luận:
Hiểu rõ về công của một lực giúp chúng ta giải thích và dự đoán được nhiều hiện tượng vật lý trong thực tế. Việc nắm vững các trường hợp công dương, công âm và lực không sinh công là rất quan trọng trong học tập và ứng dụng.