Trong vật lý, công là một đại lượng quan trọng, thể hiện sự chuyển đổi năng lượng. Công của một lực tác dụng lên một vật sẽ có giá trị dương, âm hoặc bằng không tùy thuộc vào mối quan hệ giữa hướng của lực và hướng chuyển động của vật. Vậy, trường hợp nào công của lực có giá trị dương? Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu chi tiết.
Để hiểu rõ hơn, ta cần nắm vững công thức tính công:
Công (A) = Lực (F) x Quãng đường (s) x cos(θ)
Trong đó:
- A là công của lực (đơn vị: Joule – J)
- F là độ lớn của lực tác dụng (đơn vị: Newton – N)
- s là quãng đường vật dịch chuyển (đơn vị: mét – m)
- θ là góc giữa vectơ lực và vectơ độ dịch chuyển.
Từ công thức trên, ta thấy rằng giá trị của công phụ thuộc vào cos(θ).
- Nếu cos(θ) > 0 (tức là góc θ nhỏ hơn 90 độ), công có giá trị dương.
- Nếu cos(θ) < 0 (tức là góc θ lớn hơn 90 độ), công có giá trị âm.
- Nếu cos(θ) = 0 (tức là góc θ bằng 90 độ), công bằng không.
Ảnh: Minh họa góc giữa lực tác dụng và hướng chuyển động, yếu tố then chốt quyết định dấu của công.
Dựa vào phân tích trên, chúng ta hãy xem xét các trường hợp thường gặp:
A. Lực tác dụng lên vật ngược chiều chuyển động của vật.
Trong trường hợp này, góc θ giữa lực và hướng chuyển động là 180 độ. Vì cos(180°) = -1, nên công của lực có giá trị âm. Lực này thực hiện công cản, làm giảm tốc độ của vật. Ví dụ, lực ma sát thường có hướng ngược chiều chuyển động và thực hiện công âm.
B. Vật dịch chuyển được một quãng đường khác không.
Việc vật dịch chuyển một quãng đường khác không chỉ là điều kiện cần, chứ không đủ để xác định công của lực dương. Công còn phụ thuộc vào hướng của lực so với hướng chuyển động. Nếu lực vuông góc với hướng chuyển động, công bằng 0.
C. Lực tác dụng lên vật có phương vuông góc với phương chuyển động của vật.
Khi lực tác dụng vuông góc với phương chuyển động, góc θ giữa lực và hướng chuyển động là 90 độ. Vì cos(90°) = 0, nên công của lực bằng 0. Ví dụ, lực hướng tâm trong chuyển động tròn đều không thực hiện công.
D. Lực tác dụng lên vật cùng chiều với chiều chuyển động của vật.
Đây chính là trường hợp công của lực có giá trị dương. Khi lực tác dụng cùng chiều với chiều chuyển động, góc θ giữa lực và hướng chuyển động là 0 độ. Vì cos(0°) = 1, nên công của lực có giá trị dương. Lực này thực hiện công phát động, làm tăng tốc độ của vật. Ví dụ, khi ta đẩy một chiếc xe đi về phía trước, lực đẩy của ta cùng chiều với chuyển động của xe, và lực đẩy này thực hiện công dương.
Ảnh: Người kéo xe, minh họa lực tác dụng cùng chiều chuyển động, sinh công dương.
Kết luận:
Trong các trường hợp trên, chỉ có trường hợp D – Lực tác dụng lên vật cùng chiều với chiều chuyển động của vật là công của lực có giá trị dương. Đây là kiến thức cơ bản nhưng quan trọng trong vật lý, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự tác động của lực lên chuyển động của vật.
