【#1】Cái Gì Gọi Là Động Lượng Của Cơ Thể Của Đơn Vị Đo. Định Luật Bảo Toàn Động Lượng, Động Năng Và Năng Lượng Tiềm Tàng, Lực Lượng

Chúng thay đổi, vì các lực tương tác tác động lên từng cơ thể, nhưng tổng các xung không đổi. Cái này được gọi là luật bảo toàn động lượng.

Định luật thứ hai của Newton thể hiện bằng công thức. Nó có thể được viết theo một cách khác, nếu chúng ta nhớ lại rằng gia tốc bằng tốc độ thay đổi tốc độ của cơ thể. Đối với chuyển động tăng tốc đều, công thức sẽ như sau:

Nếu chúng ta thay thế biểu thức này trong công thức, chúng ta sẽ nhận được:

,

Công thức này có thể được viết lại thành:

Ở bên phải của sự bình đẳng này được ghi lại sự thay đổi trong sản phẩm của khối lượng cơ thể và tốc độ của nó. Sản phẩm của khối lượng và tốc độ cơ thể là một đại lượng vật lý gọi là xung lực cơ thể hoặc chuyển động cơ thể.

Cơ thể thôi thúc gọi là sản phẩm của khối lượng cơ thể và tốc độ của nó. Đây là một lượng vector. Hướng của vectơ động lượng trùng với hướng của vectơ vận tốc.

Nói cách khác, một khối cơ thể mdi chuyển với tốc độ có một xung lực. Đối với đơn vị xung trong SI, xung lực của vật nặng 1 kg được lấy, di chuyển với tốc độ 1 m / s (kg · m / s). Khi hai cơ thể tương tác với nhau, nếu lực thứ nhất tác dụng lên cơ thể thứ hai bằng lực, thì theo định luật thứ ba của Newton, thì cơ thể thứ hai tác dụng lên lực thứ nhất. Chúng tôi biểu thị khối lượng của hai cơ thể này bằng m 1 và m 2, và tốc độ của chúng so với bất kỳ khung tham chiếu nào thông qua và. Một lúc sau t là kết quả của sự tương tác giữa các cơ thể, vận tốc của chúng sẽ thay đổi và trở nên bằng và. Thay thế các giá trị này trong công thức, chúng tôi nhận được:

,

,

Do đó

Thay đổi dấu hiệu của cả hai mặt của đẳng thức sang ngược lại và viết nó dưới dạng

Ở bên trái của đẳng thức là tổng của thời điểm ban đầu của hai cơ thể, ở bên phải là tổng của thời điểm của cùng một cơ thể theo thời gian t. Các khoản bằng nhau. Như vậy, mặc dù thực tế. rằng động lượng của mỗi cơ thể trong quá trình tương tác thay đổi, tổng động lượng (tổng thời điểm của cả hai cơ thể) không thay đổi.

Nó cũng có giá trị khi một số cơ quan tương tác. Tuy nhiên, điều quan trọng là các cơ quan này chỉ tương tác với nhau và chúng không bị ảnh hưởng bởi các lực từ các cơ quan khác không phải là một phần của hệ thống (hoặc các lực bên ngoài được cân bằng). Một nhóm các cơ thể không tương tác với các cơ thể khác được gọi là hệ thống khép kín chỉ có giá trị cho các hệ thống khép kín.

Chi tiết Thể loại: Cơ học Đăng ngày 21/07/2014 2:29 PM Lượt xem: 53533

Trong cơ học cổ điển, có hai định luật bảo toàn: định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn năng lượng.

Cơ thể thôi thúc

Khái niệm động lượng được giới thiệu lần đầu tiên bởi một nhà toán học, vật lý học, thợ cơ khí người Pháp và triết gia Descartes, người gọi là sự thúc đẩy lượng chuyển động.

Từ tiếng Latinh, tiếng xung động của người Viking dịch là tiếng đẩy, di chuyển.

Bất kỳ cơ thể di chuyển có một xung.

Hãy tưởng tượng một chiếc xe đẩy đứng bất động. Động lượng của nó bằng không. Nhưng ngay khi giỏ hàng bắt đầu di chuyển, động lượng của nó sẽ không còn nữa. Nó sẽ bắt đầu thay đổi, vì tốc độ sẽ thay đổi.

hoặc Động lượng của một điểm vật chất, lượng chuyển động Là một đại lượng vectơ bằng tích của khối lượng của một điểm bằng tốc độ của nó. Hướng của vectơ động lượng của điểm trùng với hướng của vectơ vận tốc.

Nếu người ta nói về một cơ thể vật chất rắn, thì tích của khối lượng của cơ thể này và vận tốc của khối tâm được gọi là động lượng của một cơ thể như vậy.

Làm thế nào để tính động lượng cơ thể? Người ta có thể tưởng tượng rằng cơ thể bao gồm nhiều điểm vật chất, hoặc một hệ thống các điểm vật chất.

Nếu là động lượng của một điểm vật chất, sau đó là động lượng của hệ thống các điểm vật chất

Đó là động lượng của hệ thống các điểm vật chấtLà tổng vectơ của mô men của tất cả các điểm vật chất tạo nên hệ thống. Nó bằng với sản phẩm của khối lượng của những điểm này với tốc độ của chúng.

Đơn vị đo động lượng trong hệ thống SI quốc tế là kilogam mét trên giây (kg · m / s).

Sự thúc đẩy của lực lượng

Trong cơ học, có một mối quan hệ chặt chẽ giữa động lượng của cơ thể và lực. Hai đại lượng này được kết nối bởi một đại lượng gọi là xung lực.

Nếu một lực không đổi tác động lên cơ thểtrong một khoảng thời gian Ftsau đó theo định luật thứ hai của Newton

Công thức này cho thấy mối quan hệ giữa lực tác động lên cơ thể, thời gian của lực này và sự thay đổi tốc độ cơ thể.

Giá trị bằng với tích của lực tác dụng lên cơ thể theo thời gian mà nó tác động được gọi là xung lực.

Như chúng ta có thể thấy từ phương trình, động lượng của một lực bằng với chênh lệch giữa momen của cơ thể tại điểm ban đầu và điểm cuối cùng theo thời gian, hoặc thay đổi động lượng theo thời gian.

Định luật thứ hai của Newton ở dạng xung được xây dựng như sau: một sự thay đổi trong động lượng của cơ thể bằng với động lượng của lực tác dụng lên nó. Phải nói rằng chính Newton đã xây dựng luật của mình một cách chính xác theo cách này.

Động lượng của lực cũng là một đại lượng vectơ.

Định luật bảo toàn động lượng tuân theo định luật thứ ba của Newton.

Cần phải nhớ rằng luật này chỉ hoạt động trong một hệ thống vật lý khép kín hoặc cô lập. Một hệ thống khép kín là một hệ thống trong đó các cơ thể chỉ tương tác với nhau và không tương tác với các cơ quan bên ngoài.

Hãy tưởng tượng một hệ thống khép kín của hai cơ thể vật lý. Các lực tương tác của các cơ thể với nhau được gọi là nội lực.

Động lượng của lực cho cơ thể đầu tiên là

Theo định luật thứ ba của Newton, các lực tác dụng lên các cơ thể trong quá trình tương tác của chúng có độ lớn bằng nhau và ngược chiều nhau.

Do đó, đối với cơ thể thứ hai, động lượng của lực là

Sử dụng các phép tính đơn giản, chúng ta có được biểu thức toán học của định luật bảo toàn động lượng:

v 1v 2– tốc độ của cơ thể thứ nhất và thứ hai trước khi tương tác,

p 1 u003d m 1 ·v 1 – động lượng của cơ thể đầu tiên trước khi tương tác;

p 2 u003d m 2 ·v 2– Động lượng của cơ thể thứ hai trước khi tương tác;

p 1 “u003d m 1 ·v 1 “– động lượng của cơ thể đầu tiên sau khi tương tác;

p 2 “u003d m 2 ·v 2 “– Sự thúc đẩy của cơ thể thứ hai sau khi tương tác;

Đó là

Trong một hệ thống khép kín, các cơ thể chỉ trao đổi mô men. Và tổng vectơ của momen của các vật thể này trước khi tương tác của chúng bằng tổng vectơ của momen sau khi tương tác.

Vì vậy, do kết quả của một phát súng từ súng, động lượng của chính khẩu súng và động lượng của viên đạn sẽ thay đổi. Nhưng tổng số xung của súng và viên đạn trong đó trước khi bắn sẽ vẫn bằng tổng số xung của súng và đạn bay sau phát bắn.

Khi bắn từ một khẩu súng, giật lại xảy ra. Đạn bay về phía trước, và khẩu súng tự quay trở lại. Một viên đạn và một khẩu súng là một hệ thống khép kín trong đó định luật bảo toàn động lượng hoạt động.

trong một hệ thống khép kín có thể thay đổi do kết quả của sự tương tác giữa chúng với nhau. Nhưng Động lượng của mỗi cơ thể tổng vectơ của mô men của các vật thể trong hệ thống kín không thay đổi trong quá trình tương tác của các vật thể này theo thời gian,đó là, nó không đổi Đó là luật bảo toàn động lượng.

Chính xác hơn, định luật bảo toàn động lượng được xây dựng như sau: tổng vectơ của mô men của tất cả các phần tử của một hệ kín là một hằng số nếu không có ngoại lực tác dụng lên nó, hoặc tổng vectơ của chúng bằng không.

Động lượng của một hệ thống các cơ thể chỉ có thể thay đổi do tác động của các lực bên ngoài lên hệ thống. Và sau đó định luật bảo toàn động lượng sẽ không được áp dụng.

Tôi phải nói rằng trong bản chất của các hệ thống khép kín không tồn tại. Nhưng, nếu thời gian tác động của ngoại lực rất ngắn, ví dụ, trong một vụ nổ, bắn, v.v., thì trong trường hợp này, ảnh hưởng của ngoại lực lên hệ thống bị bỏ qua và bản thân hệ thống được coi là đóng.

Ngoài ra, nếu các lực bên ngoài tác động lên hệ thống, nhưng tổng các hình chiếu của chúng trên một trong các trục tọa độ bằng không (nghĩa là các lực được cân bằng theo hướng của trục này), thì luật bảo toàn động lượng được thực hiện theo hướng này.

Định luật bảo toàn động lượng cũng được gọi là định luật bảo toàn động lượng.

Ví dụ nổi bật nhất về việc áp dụng định luật bảo toàn động lượng là lực đẩy phản lực.

Chuyển động phản lực

Chuyển động phản ứng là chuyển động của cơ thể xảy ra khi một phần của nó được tách ra khỏi nó ở một tốc độ nhất định. Trong trường hợp này, cơ thể nhận được một xung lực hướng ngược lại.

Ví dụ đơn giản nhất về lực đẩy phản lực là chuyến bay của khinh khí cầu mà không khí thoát ra. Nếu chúng ta thổi phồng quả bóng và thả nó ra, nó sẽ bắt đầu bay theo hướng ngược lại với sự chuyển động của không khí ra khỏi nó.

Một ví dụ về lực đẩy phản lực trong tự nhiên là sự phóng ra chất lỏng từ một quả dưa chuột điên khi nó nổ. Đồng thời, dưa chuột tự bay theo hướng ngược lại.

Sứa, mực và các cư dân khác của biển sâu di chuyển xung quanh, lấy nước và sau đó ném nó đi.

Lực đẩy được dựa trên định luật bảo toàn động lượng. Chúng ta biết rằng khi một tên lửa với động cơ phản lực di chuyển do quá trình đốt cháy nhiên liệu, một dòng chất lỏng hoặc khí được phun ra từ vòi phun ( dòng máy bay phản lực). Do sự tương tác của động cơ với chất rò rỉ xuất hiện công suất phản kháng. Vì tên lửa cùng với chất bị đẩy ra là một hệ thống kín, nên động lượng của một hệ thống như vậy không thay đổi theo thời gian.

Lực phản ứng phát sinh là kết quả của sự tương tác của chỉ các bộ phận của hệ thống. Các lực lượng bên ngoài không có ảnh hưởng đến sự xuất hiện của nó.

Trước khi tên lửa bắt đầu di chuyển, tổng động lượng của tên lửa và nhiên liệu bằng không. Do đó, theo định luật bảo toàn động lượng sau khi bật động cơ, tổng các xung này cũng bằng không.

khối lượng của tên lửa ở đâu

Tốc độ thoát khí

Thay đổi tốc độ tên lửa

∆ m f tiêu thụ khối lượng nhiên liệu

Giả sử tên lửa hoạt động được một thời gian t .

Chia cả hai vế của phương trình t, chúng tôi nhận được biểu thức

Theo định luật thứ hai của Newton, lực phản kháng là

Lực phản kháng, hoặc lực đẩy phản lực, cung cấp sự chuyển động của động cơ phản lực và vật thể liên kết với nó, theo hướng ngược lại với hướng của luồng phản lực.

Động cơ phản lực được sử dụng trong máy bay hiện đại và các tên lửa khác nhau, quân sự, không gian, v.v.

Xung (số lượng chuyển động) của một cơ thể được gọi là đại lượng vectơ vật lý, là một đặc tính định lượng của chuyển động tịnh tiến của các cơ thể. Impulse được chỉ định p. Động lượng của một cơ thể bằng với sản phẩm của khối lượng cơ thể và tốc độ của nó, tức là Nó được tính theo công thức:

Hướng của vectơ động lượng trùng với hướng của vectơ vận tốc của cơ thể (hướng dọc theo tiếp tuyến với quỹ đạo). Đơn vị đo động lượng là kg m / s.

Tổng động lượng của hệ thống cơ thể bằng với vectơ tổng các xung của tất cả các cơ quan của hệ thống:

Thay đổi động lượng của một cơ thể được tìm thấy bởi công thức (lưu ý rằng sự khác biệt giữa các xung cuối cùng và ban đầu là vectơ):

trong đó: p n là động lượng của cơ thể tại thời điểm ban đầu, p đến – đến trận chung kết. Điều chính là không nhầm lẫn hai khái niệm cuối cùng.

Cú đấm hoàn toàn kiên cường – một mô hình va chạm trừu tượng, trong đó tổn thất năng lượng do ma sát, biến dạng, v.v. không được tính đến. Không có tương tác nào khác ngoài liên hệ trực tiếp được tính đến. Với tác động đàn hồi tuyệt đối trên một bề mặt cố định, tốc độ của vật sau khi va chạm có giá trị tuyệt đối bằng tốc độ của vật trước khi va chạm, nghĩa là động lượng không thay đổi. Chỉ hướng của nó có thể thay đổi. Trong trường hợp này, góc tới bằng góc phản xạ.

Tác động hoàn toàn không đàn hồi – một cú đánh, kết quả là các cơ thể tham gia và tiếp tục chuyển động tiếp theo như một cơ thể duy nhất. Ví dụ, một quả bóng plasticine khi rơi trên bất kỳ bề mặt nào hoàn toàn ngăn chặn chuyển động của nó, khi hai chiếc xe va chạm, một khớp nối tự động được kích hoạt và chúng cũng tiếp tục di chuyển cùng nhau.

Định luật bảo toàn động lượng

Khi các cơ thể tương tác, động lượng của một cơ thể có thể được truyền một phần hoặc hoàn toàn sang một cơ thể khác. Nếu các lực bên ngoài từ các cơ quan khác không tác động lên hệ thống các cơ quan, thì một hệ thống như vậy được gọi là đóng cửa.

Trong một hệ thống kín, tổng vectơ của mô men của tất cả các vật thể có trong hệ thống không đổi cho bất kỳ tương tác nào của các cơ thể của hệ thống này với nhau. Định luật cơ bản này của tự nhiên được gọi là định luật bảo toàn động lượng (ZSI). Hậu quả của nó là định luật của Newton. Định luật thứ hai của Newton ở dạng xung có thể được viết như sau:

Như sau trong công thức này, nếu các lực bên ngoài không tác động lên hệ thống các cơ thể hoặc tác động của các lực bên ngoài được bù (lực kết quả bằng 0), thì sự thay đổi động lượng bằng 0, có nghĩa là tổng động lượng của hệ được bảo toàn:

Tương tự, người ta có thể lập luận cho phép chiếu bằng 0 của lực trên trục đã chọn. Nếu các lực bên ngoài không chỉ tác động dọc theo một trong các trục, thì phép chiếu của động lượng lên trục đã cho được bảo toàn, ví dụ:

Hồ sơ tương tự có thể được thực hiện cho các trục tọa độ khác. Bằng cách này hay cách khác, bạn cần hiểu rằng trong trường hợp này, các xung có thể thay đổi, nhưng đó là tổng của chúng không đổi. Định luật bảo toàn động lượng trong nhiều trường hợp giúp ta có thể tìm thấy vận tốc của các vật tương tác ngay cả khi chưa biết giá trị của lực tác dụng.

Tiết kiệm động lượng chiếu

Tình huống có thể xảy ra khi định luật bảo toàn động lượng chỉ được thực hiện một phần, nghĩa là chỉ khi thiết kế trên một trục. Nếu một lực tác động lên cơ thể, thì động lượng của nó không được bảo toàn. Nhưng bạn luôn có thể chọn một trục sao cho hình chiếu của lực lên trục này bằng không. Sau đó, hình chiếu của xung trên trục này sẽ được bảo toàn. Theo quy định, trục này được chọn dọc theo bề mặt mà cơ thể di chuyển.

Trường hợp đa chiều của ZSI. Phương pháp vectơ

Từ quy tắc cộng vectơ, theo sau ba vectơ trong các công thức này sẽ tạo thành một hình tam giác. Đối với hình tam giác, định lý cosin được áp dụng.

Hãy thực hiện một số biến đổi đơn giản với các công thức. Theo định luật thứ hai của Newton, sức mạnh có thể được tìm thấy: F u003d m * a. Gia tốc như sau: a u003d v⁄t. Do đó, chúng tôi có được: F u003d m * v/ t.

Định nghĩa xung lực cơ thể: Công thức

Nó chỉ ra rằng lực được đặc trưng bởi một sự thay đổi trong sản phẩm của khối lượng và vận tốc theo thời gian. Nếu chúng ta biểu thị sản phẩm này theo một số lượng nhất định, thì chúng ta sẽ có được sự thay đổi về số lượng này theo thời gian như là một đặc tính của lực. Giá trị này được gọi là động lượng của cơ thể. Động lượng của cơ thể được thể hiện bằng công thức:

trong đó p là động lượng của cơ thể, m khối lượng, tốc độ v.

Động lượng là một đại lượng vectơ, trong khi hướng của nó luôn trùng với hướng của tốc độ. Đơn vị của động lượng là kilôgam trên mét mỗi giây (1 kg * m / s).

Sự thúc đẩy của cơ thể là gì: làm thế nào để hiểu?

Hãy thử một cách đơn giản, “trên những ngón tay” để tìm ra xung lực của cơ thể là gì. Nếu cơ thể nghỉ ngơi, thì động lượng của nó bằng không. Là logic. Nếu tốc độ của cơ thể thay đổi, thì cơ thể có một xung lực nhất định đặc trưng cho cường độ của lực tác dụng lên nó.

Nếu tác động lên cơ thể không có, nhưng nó di chuyển ở một tốc độ nhất định, nghĩa là nó có một xung lực nhất định, thì xung lực của nó có nghĩa là tác động của cơ thể đã cho khi có thể tương tác với một cơ thể khác.

Công thức động lượng bao gồm khối lượng cơ thể và tốc độ của nó. Đó là, khối lượng và / hoặc tốc độ mà cơ thể sở hữu càng lớn thì tác động của nó càng lớn. Điều này là dễ hiểu từ kinh nghiệm sống.

Để di chuyển một cơ thể có khối lượng nhỏ, cần một lực nhỏ. Trọng lượng cơ thể càng nhiều, sẽ phải nỗ lực nhiều hơn. Điều tương tự cũng xảy ra đối với tốc độ được báo cáo cho cơ thể. Trong trường hợp tác động của chính cơ thể lên người khác, xung lực cũng cho thấy mức độ mà cơ thể có thể tác động lên các cơ thể khác. Giá trị này trực tiếp phụ thuộc vào tốc độ và khối lượng của cơ thể ban đầu.

Động lượng trong sự tương tác của cơ thể

Một câu hỏi khác được đặt ra: điều gì sẽ xảy ra với động lượng của cơ thể khi nó tương tác với một cơ thể khác? Khối lượng của cơ thể không thể thay đổi nếu vẫn còn nguyên, nhưng tốc độ có thể thay đổi dễ dàng. Trong trường hợp này, tốc độ của cơ thể sẽ thay đổi tùy thuộc vào khối lượng của nó.

Trên thực tế, rõ ràng là trong sự va chạm của các cơ thể có khối lượng rất khác nhau, tốc độ của chúng sẽ thay đổi theo những cách khác nhau. Nếu một quả bóng đá bay ở tốc độ cao đâm vào một người không chuẩn bị cho điều này, chẳng hạn như khán giả, thì khán giả có thể rơi, nghĩa là đạt được một số tốc độ nhỏ, nhưng chắc chắn nó sẽ không bay như một quả bóng.

Và tất cả vì khối lượng của người xem lớn hơn nhiều so với khối lượng của quả bóng. Nhưng đồng thời, sự thúc đẩy chung của hai cơ thể này sẽ không thay đổi.

Luật bảo tồn xung: công thức

Đây là định luật bảo toàn động lượng: khi hai cơ thể tương tác, tổng động lượng của chúng vẫn không thay đổi. Định luật bảo toàn động lượng chỉ hoạt động trong một hệ kín, nghĩa là trong một hệ không có ngoại lực hoặc tổng tác dụng của chúng bằng không.

Trong thực tế, hầu như luôn luôn có một ảnh hưởng của bên thứ ba tác động lên hệ thống các cơ thể, nhưng xung lực chung, như năng lượng, không biến mất ở bất cứ đâu và không phát sinh từ đâu, nó được phân phối giữa tất cả những người tham gia tương tác.

Định nghĩa là:

YouTube bách khoa toàn thư

    1 / 5

    Momentum Động lượng cơ thể

    Xung lực cơ thể

    Thời điểm của động lượng

    Vật lý. Định luật bảo tồn trong cơ học: Động lượng. Trung tâm học tập trực tuyến Foxford

    Phụ đề

Lịch sử của thuật ngữ

Định nghĩa xung chính thức

Xung điện từ

Một trường điện từ, giống như bất kỳ đối tượng vật chất nào khác, có một động lượng có thể dễ dàng tìm thấy bằng cách tích hợp vectơ Poynting trên âm lượng:

p u003d 1 c 2 ∫ S d V u003d 1 c 2 ∫ dV) (trong hệ thống SI).

Sự tồn tại của một xung tại trường điện từ giải thích, ví dụ, một hiện tượng như áp suất của bức xạ điện từ.

Động lượng trong cơ học lượng tử

Định nghĩa chính thức

Mô đun xung tỷ lệ nghịch với bước sóng (\ displaystyle \ lambda):), mô đun động lượng là p u003d m v (\ displaystyle p u003d mv) (ở đâu m (\ kiểu hiển thị m) là khối lượng của hạt) và

u003d h p u003d h m v (\ displaystyle \ lambda u003d (\ frac (h) (p)) u003d (\ frac (h) (mv))).

Do đó, bước sóng de Broglie càng nhỏ, mô đun xung càng lớn.

Ở dạng vector, điều này được viết là:

p → u003d h 2 π k → u003d ℏ k →, (\ displaystyle (\ vec (p)) u003d (\ frac (h) (2 \ pi)) (\ vec (k)) u003d \ hbar (\ vec ( k)),) p → u003d ρ v → (\ displaystyle (\ vec (p)) u003d \ rho (\ vec (v))).

【#2】Sự Khác Biệt Giữa Định Luật Bảo Toàn Vật Chất Và Năng Lượng

Định luật bảo toàn vật chất và định luật bảo toàn năng lượng là hai định luật trong hóa học được sử dụng để giải thích các tính chất của các hệ nhiệt động khép kín, cô lập. Các luật này quy định rằng vật chất hoặc năng lượng không thể được tạo ra hoặc phá hủy nhưng có thể được chuyển đổi thành các dạng khác nhau hoặc được sắp xếp lại. Sự khác biệt chính giữa Định luật bảo toàn vật chất và năng lượng là định luật bảo toàn vật chất nói rằng tổng khối lượng bên trong một hệ thống kín không cho phép vật chất hoặc năng lượng thoát ra là một hằng số trong khi định luật bảo toàn năng lượng không thể được tạo hoặc hủy, nhưng có thể được thay đổi từ dạng này sang dạng khác.

NỘI DUNG

1. Tổng quan và sự khác biệt chính 2. Định luật bảo toàn vật chất 3. Định luật bảo toàn năng lượng là gì 4. Mối quan hệ giữa định luật bảo toàn vật chất và năng lượng 5. So sánh bên cạnh – Định luật bảo toàn vật chất và năng lượng trong Dạng bảng 6. Tóm tắt

Luật bảo tồn vật chất là gì?

Định luật bảo toàn vật chất là một nguyên tắc mô tả rằng tổng khối lượng bên trong một hệ kín, không cho phép vật chất hoặc năng lượng thoát ra, nên là một hằng số. Do đó số lượng khối lượng bên trong hệ thống đó được bảo tồn. Một hệ thống không cho phép năng lượng hoặc vật chất đi qua ranh giới của nó được gọi là hệ thống cách ly nhiệt động.

Luật này cũng chỉ ra rằng khối lượng không thể được tạo ra cũng như không bị phá hủy, nó chỉ có thể được sắp xếp lại hoặc thay đổi từ dạng này sang dạng khác. Những sắp xếp lại hoặc thay đổi xảy ra thông qua các phản ứng hóa học. Do đó, tổng khối lượng chất phản ứng bằng tổng khối lượng sản phẩm trong phản ứng hóa học diễn ra trong một hệ thống nhiệt động khép kín. Các phản ứng hóa học diễn ra trong hệ thống kín này có thể là,

    Phản ứng hạt nhân Phân rã phóng xạ Các phản ứng hóa học khác

Luật bảo tồn năng lượng là gì?

Định luật bảo toàn năng lượng là một định luật vật lý quy định năng lượng không thể được tạo ra hoặc phá hủy nhưng có thể được thay đổi từ dạng này sang dạng khác. Nói cách khác, luật này chỉ ra rằng tổng năng lượng bên trong một hệ thống khép kín, bị cô lập không đổi. Do đó năng lượng được bảo tồn trong một hệ thống.

Q = dU + W

Trong đó δQ là lượng năng lượng được thêm vào hệ thống, δW là công việc bị mất khỏi hệ thống do công việc nhiệt động lực học được thực hiện bởi hệ thống và dU là sự thay đổi năng lượng bên trong của hệ thống. Điều này giải thích rằng năng lượng được chuyển đổi thành các dạng khác nhau, nhưng không được tạo ra hoặc phá hủy.

Mối quan hệ giữa Luật bảo tồn vật chất và năng lượng là gì?

Nó được coi là khối lượng có thể được chuyển đổi thành năng lượng và ngược lại. Đây là cách thực tế bảo tồn năng lượng lớn xảy ra. Điều này lần đầu tiên được đề xuất bởi Henri Poincaré và Albert Einstein, như một khái niệm được gọi là thuyết tương đối đặc biệt của Hồi giáo. Mối quan hệ giữa khối lượng và năng lượng có thể được đưa ra như sau:

E = mc2

Trong đó E là năng lượng, m là khối lượng và c là tốc độ ánh sáng. Tuy nhiên, trong cơ học cổ điển, hai định luật được coi là các luật riêng biệt.

Sự khác biệt giữa Luật bảo tồn vật chất và năng lượng là gì?

Tóm tắt – Định luật bảo toàn vật chất so với năng lượng

Định luật bảo toàn vật chất và năng lượng được coi là hai định luật riêng biệt trong cơ học cổ điển. Nhưng sau đó đã phát hiện ra rằng có một mối quan hệ mạnh mẽ giữa hai luật. Định luật bảo toàn vật chất quy định rằng tổng khối lượng phải là một hằng số bên trong một hệ kín không cho phép vật chất hoặc năng lượng thoát ra trong khi định luật bảo toàn các trạng thái năng lượng mà năng lượng không thể tạo ra hoặc phá hủy, nhưng có thể thay đổi từ một dạng cho người khác Đây là sự khác biệt chính giữa định luật bảo toàn vật chất và năng lượng.

Hình ảnh lịch sự:

1. Hệ thống sơ đồ hệ thống của chúng tôi – Công việc riêng (CC BY-SA 4.0) qua Commons Wikimedia 2. Năng lượng tái tạo trên lưới Lưới By Kenueone (Muff) qua Commons Wikimedia

【#3】Skkn Nâng Cao Hiệu Quả Giải Nhanh Bài Toán Phản Ứng Cộng Hiđro, Cộng Brom Vào Hiđrocacbon Không No Mạch Hở Bằng Cách Vận Dụng Định Luật Bảo Toàn Số Mol Liên Kết Pi, Bảo Toàn Nguyên Tố C Và H, Bảo Toàn Khối Lượng

Việc lựa chọn phương pháp thích hợp, biết vận dụng thích hợp các định luật bảo toàn để giải nhanh các bài tập trắc nghiệm là rất quan trọng cho học sinh trong giai đoạn hiện nay . Mỗi bài tập có thể có lựa chọn nhiều phương pháp giải khác nhau. Nếu biết lựa chọn phương pháp hợp lý, vận dụng hợp lí những định luật bảo toàn đặc trưng với từng kiểu bài, sẽ giúp học sinh tìm ra đáp số một cách nhanh nhất phù hợp nhất với kiểu bài trắc nghiệm nhằm đạt kết quả cao nhất trong các kì thi, đặc biệt là hình thức thi tốt nghiệp trung học phổ thông quốc gia như hiện nay.

Với hai mươi năm công tác trong nghành giáo dục và với thực tế giảng dạy tôi nhận thấy rằng, khả năng giải toán Hóa học của các em học sinh còn hạn chế, thường lúng túng và gặp không ít khó khăn đặc biệt là giải toán Hóa học Hữu cơ vì những phản ứng trong hoá học hữu cơ thường xảy ra không theo một hướng nhất định và không hoàn toàn. Đặc biệt hidrocacbon là hợp chất hữu cơ đầu tiên được nghiên cứu trong chương trình hóa hữu cơ cấp THPT. Vì vậy, học sinh chưa nắm được cũng như chưa biết vận dụng tốt các định luật bảo toàn cũng như các kĩ năng khác để giải bài toán về hidrocacbon một cách nhanh nhất.

Trong các dạng bài toán về hidrocacbon, dạng bài tập về phản ứng cộng hiđro vào liên kết pi là dạng bài tập hay và khó. Đặc biệt, khi thực hiện phản ứng hiđro hóa không hoàn toàn hiđrocacbon không no có chứa từ 2 liên kết trở lên sẽ tạo hỗn hợp gồm nhiều sản phẩm. sẽ khá phức tạp. Đó là học sinh phải viết từng quá trình, giải hệ nhiều phương trình nặng nề về mặt toán học không cần thiết thậm chí không giải được vì quá nhiều ẩn số. Nguyên nhân là học sinh chưa tìm hiểu rõ, vững các định luật bảo toàn hoá học và các hệ số cân bằng trong phản ứng hoá học để đưa ra phương pháp giải hợp lý nhất, nhanh gọn nhất mà thường giải rất dài dòng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG HẬU LỘC 3 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM "NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIẢI NHANH BÀI TOÁN PHẢN ỨNG CỘNG HIĐRO, CỘNG BROM VÀO HIĐROCACBON KHÔNG NO MẠCH HỞ BẰNG CÁCH VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN SỐ MOL LIÊN KẾT PI, BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ C VÀ H, BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG - HÓA HỌC LỚP 11- THPT" . Người thực hiện: Đặng Thị Loan Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Hóa học THANH HOÁ, NĂM 2021 MỤC LỤC Trang 1.MỞ ĐẦU 1.1. Lí do chọn đề tài2 1.2. Mục đích nghiên cứu2 1.3. Đối tượng nghiên cứu2 1.4.Phương pháp nghiên cứu.......2 1.5.Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm3 2.NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM..3 2.1.Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm..3 2.2.Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3.Biện pháp tổ chức thực hiện..4 2.3.1. Lý thuyết trọng tâm.................3 2.3.2 Các định luật thường áp dụng....................................................................4 2.3.3. Một số dạng bài toán.................................................................................4 D¹ng 1: Bài toán chỉ có phản ứng cộng H2 vào liên kết pi của hidrocacbon không no, mạch hở...................................................................4 Dạng 2: Bài toán phản ứng cộng H2, sau đó cộng với dung dịch Brôm .......... 9 Dạng 3: Bài toán sử dụng bảo toàn số mol pi..................................................14 2.3.4. Một số bài tập vận dụng:.........................................................................16 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................16 3.1.Kết luận16 3.2.Kiến nghị...17 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................18 1.MỞ ĐẦU 1.1.Lí do chọn đề tài Việc lựa chọn phương pháp thích hợp, biết vận dụng thích hợp các định luật bảo toàn để giải nhanh các bài tập trắc nghiệm là rất quan trọng cho học sinh trong giai đoạn hiện nay . Mỗi bài tập có thể có lựa chọn nhiều phương pháp giải khác nhau. Nếu biết lựa chọn phương pháp hợp lý, vận dụng hợp lí những định luật bảo toàn đặc trưng với từng kiểu bài, sẽ giúp học sinh tìm ra đáp số một cách nhanh nhất phù hợp nhất với kiểu bài trắc nghiệm nhằm đạt kết quả cao nhất trong các kì thi, đặc biệt là hình thức thi tốt nghiệp trung học phổ thông quốc gia như hiện nay. Với hai mươi năm công tác trong nghành giáo dục và với thực tế giảng dạy tôi nhận thấy rằng, khả năng giải toán Hóa học của các em học sinh còn hạn chế, thường lúng túng và gặp không ít khó khăn đặc biệt là giải toán Hóa học Hữu cơ vì những phản ứng trong hoá học hữu cơ thường xảy ra không theo một hướng nhất định và không hoàn toàn. Đặc biệt hidrocacbon là hợp chất hữu cơ đầu tiên được nghiên cứu trong chương trình hóa hữu cơ cấp THPT. Vì vậy, học sinh chưa nắm được cũng như chưa biết vận dụng tốt các định luật bảo toàn cũng như các kĩ năng khác để giải bài toán về hidrocacbon một cách nhanh nhất. Trong các dạng bài toán về hidrocacbon, dạng bài tập về phản ứng cộng hiđro vào liên kết pi là dạng bài tập hay và khó. Đặc biệt, khi thực hiện phản ứng hiđro hóa không hoàn toàn hiđrocacbon không no có chứa từ 2 liên kết trở lên sẽ tạo hỗn hợp gồm nhiều sản phẩm. sẽ khá phức tạp. Đó là học sinh phải viết từng quá trình, giải hệ nhiều phương trình nặng nề về mặt toán học không cần thiết thậm chí không giải được vì quá nhiều ẩn số. Nguyên nhân là học sinh chưa tìm hiểu rõ, vững các định luật bảo toàn hoá học và các hệ số cân bằng trong phản ứng hoá học để đưa ra phương pháp giải hợp lý nhất, nhanh gọn nhất mà thường giải rất dài dòng 1.2.Mục đích nghiên cứu Để nâng cao khả năng giải nhanh bài tập và giải một cách chính xác những dạng này cần cho học sinh nắm vững tính chất hóa học của hidrocacbon không no mạch hở khi cộng H2 và Br vào cacbon có chứa liên kết đôi và liên kết ba. Và để có tài liệu giảng dạy, bồi dưỡng học sinh khá, giỏi, cũng như bồi dưỡng học sinh ôn thi tốt nhiệp THPT Quốc Gia, tôi đã sưu tầm, giải, rút ra phương pháp chung và hướng dẫn cho học sinh biết vận dụng để giải nhanh các dạng bài tập này. 1.3.Đối tượng nghiên cứu. Nắm được bản chất của phản ứng cộng vào nối đôi và nối ba của hidrocacbon không no mạch hở khi kết hợp các loại bảo toàn dành cho lơp 11 cũng như học sinh ôn thi tốt nghiệp trung học phổ thông quốc gia giải bài tập phần này một cách nhanh nhất 1.4.Phương pháp nghiên cứu. Sáng kiến này được nghiên cứu trên một số phương pháp sau: Các phương pháp nghiên cứu lí thuyết: Tham khảo tài liệu sách hướng dẫn của các tác giả và những thầy cô giảng dạy lâu năm với kinh nghiệm ôn thi đại học, cao đẳng và các kỳ thi bồi dưỡng học sinh giỏi. Phân tích tổng hợp, hệ thống hóa, khái quát hóa các nguồn tài liệu để xây dựng Nguồn intenet qua các hệ thống bài tập hay và khó. 1.5.Những điểm mới của đề tài. Đề tài đã đúc kết và rút ra được phương pháp giải bài tập một cách nhanh nhất khi biết kết hợp ba loại bảo toàn về: Số mol liên kết pi,bảo toàn nguyên tố C và H ,bảo toàn khối lượng để giải nhanh bài toán về phản ứng cộng hidro,cộng brom vào hidrocacbon không no mạch hở. 2.NỘI DUNG SÁNG KIẾN. 2.1.Cơ sở lí luận của sáng kiến Với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay (40 câu trong thời gian 50 phút) đòi hỏi học sinh không những phải nắm vững và sâu sắc kiến thức mà còn phải biết nhận dạng nhanh, biết vận dụng nhanh các định luật bảo toàn để giải nhanh các bài tập đạt kết quả cao nhất. Khi mới làm quen với bài bài toán về phản ứng cộng vào liên kết pi của hidrocac bon không no, thường học sinh viết các phương trình phản ứng, đặt ẩn và lập các phương trình toán học. Nhưng trong các bài toán phản ứng này không hoàn toàn và có thể cộng theo những tỉ lệ khác nhau tạo ra hỗn hợp rất nhiều sản phẩm khiến học sinh rất lúng túng trong việc xác định sản phẩm cũng như lập cách giải, nhiều khi không giải được. Vì vậy xác định đúng bản chất của bản chất hóa học của các quá trình phản ứng từ đó áp dụng các định luật bảo toàn, các phương pháp giải phù hợp sẽ đi đến kết quả nhanh nhất 2.2. Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nhiệm. Với học sinh trường THPT Hậu Lộc 3 , chất lượng còn thấp, độ nhanh nhạy chưa cao, phát hiện vấn đề còn chậm. Hơn nữa các em thường quen với cách giải truyền thống : đó là viết phương trình phản ứng và lập phương trình hoặc lập hệ phương trình và biện luận. Với cách giải này các em mất khá nhiều thời gian để đi đến kết quả của bài toán, không phù hợp với kiểu bài trắc nghiệm hiện nay. Vì vậy, phân dạng bài tập một cách chi tiết, phân tích bản chất của bài toán để suy ra phương pháp giải nhanh nhất cùng với việc vận dụng tốt các định luật bảo toàn là rất cần thiết cho học sinh hiện nay. Từ những thực tế đang giảng dạy từng ngày,từng giờ cho học sinh tôi đã đúc rút nên sáng kiến cho đề tài này 2.3. Biện pháp tổ chức thực hiện. 2.3.1.Lí thuyết trọng tâm về phản ứng cộng vào liên kết pi của hidrocacbon không no mạch hở. - Liên kết là liên kết kém bền vững nhất, nên chúng dễ bị phá vỡ trong các phản ứng hóa học. Trong giới hạn của đề tài tôi chỉ đề cập đến phản ứng cộng hiđro, cộngBrôm vào liên kết của hiđrocacbon không no, mạch hở. a. Phản ứng cộng H2 Hỗn hợp X (hiđrocacbon không no và H2), Khi có mặt chất xúc tác như Ni, Pt, Pd, ở nhiệt độ thích hợp, hiđrocacbon không no cộng hiđro vào liên kết pi. Ta có sơ đồ sau: Phương trình hoá học của phản ứng tổng quát CnH2n+2-2k + kH2 CnH2n+2 (k là số liên kết trong phân tử) Tuỳ vào hiệu suất của phản ứng mà thu được hỗn hợp Y có hiđrocacbon không no dư hoặc hiđro dư hoặc cả hai còn dư. Dựa vào phản ứng tổng quát trên ta thấy, - Trong phản ứng cộng H2, số mol khí sau phản ứng luôn giảm (nY < nX) và chính bằng số mol khí H2 phản ứng nHphản ứng = nX - nY - Cứ 1 mol liên kết pi cộng với 1 mol H2 → nLkpi phản ứng = nHphản ứng - Mặt khác, theo định luật bảo toàn khối lượng thì khối lượng hỗn hợp X bằng khối lượng hỗn hợp Y (mX = mY). Ta có: b. Phản ứng cộng Brôm Phương trình hoá học của phản ứng tổng quát CnH2n+2-2k + kBr2 CnH2n+2-2kBr2k (k là số liên kết trong phân tử) - Cứ 1 mol liên kết pi cộng với 1 mol Br2 → nLkpi phản ứng = nBr2 phản ứng - Phản ứng cộng Brôm thường hoàn toàn 2.3.2. Các định luật dùng để vận dụng -Định luật bảo toàn số mol liên kết - Định luật bảo toàn nguyên tố Cacbon và hidro -Định luật bảo toàn khối lượng. 2.3.3. Một số dạng toán. D¹ng 1: Bài toán chỉ có phản ứng cộng H2 vào liên kết pi của hidrocacbon không no, mạch hở. Phương pháp giải các dạng bài toán: 1) Xét trường hợp hiđrocacbon trong X là anken Ta có sơ đồ: Phương trình hoá học của phản ứng CnH2n + H2 CnH2n+2 Đặt - Nếu phản ứng cộng H2 hoàn toàn thu được hỗn hợp Y: + TH1: Hết anken, dư H2 Vậy: + TH2: Hết H2, dư anken Vậy: + TH3: Cả 2 đều hết Vậy: Nếu phản ứng cộng hiđro không hoàn toàn thì còn lại cả hai Nhận xét: Dù phản ứng xảy ra trong trường hợp nào đi nữa thì ta luôn có: nHphản ứng = nanken phản ứng = nX - nY Do đó khi bài toán cho số mol đầu nX và số mol cuối nY ta sử dụng kêt quả này để tính số mol anken phản ứng. Nếu 2 anken có số mol a, b cộng hiđro với cùng hiệu suất h, ta có thể thay thế hỗn hợp hai anken bằng công thức tương đương: . Chú ý: Không thể dùng phương pháp này nếu 2 anken không cộng H2 với cùng hiệu suất 2) Xét trường hợp hiđrocacbon trong X là ankin Ankin cộng H2 thường cho ta hai sản phẩm CnH2n-2 + 2H2 CnH2n+2 CnH2n-2 + H2 CnH2n Nếu phản ứng không hoàn toàn, hỗn hợp thu được gồm 4 chất: anken, ankan, ankin dư và hiđro dư. Ta có sơ đồ : Tương tự trường hợp vói anken 3) Trường hợp tổng quát nhất X là hỗn hợp các hiđrocacbon không no, mạch hở. Xét về mặt bản chất của phản ứng, ta luôn có: nX - nY = nHphản ứng Bài tập vận dụng: Bài 1: (Bài 6.10 trang 43 sách bài tập Hoá 11) Hỗn hợp khí A chứa H2 và một anken. Tỉ khối của A đối với H2 là 6,0. Đun nóng nhẹ A có mặt xúc tác Ni thì nó biến thành hỗn hợp B không làm mất màu nước brom và có tỉ khối đối với H2 là 8,0. Xác định công thức phân tử và phần trăm thể tích từng chất trong hỗn hợp A Bài giải: Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br2 nên trong Y không có anken Gọi công thức phân tử của anken là CnH2n ( n ≥ 2) Không mất tính tổng quát, giả sử : nA = 1 mol → mA = 6.2.1 = 12 gam ta có: nanken = 1- 0,75 = 0,25 mol → nH(A) = 0,75 mol Khối lượng của hỗn hợp A là : 0,25.14n + 0,75.2 = 12 → n = 3 CTPT của an ken là : C3H6. , % VC3H6. = 25% Bài 2: (Bài 6.11 trang 43 sách bài tập Hoá 11) Hỗn hợp khí A chứa H2 và hai anken kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng. Tỉ khối của A đối với H2 là 8,26. Đun nóng nhẹ A có mặt xúc tác Ni thì nó biến thành hỗn hợp B không làm mất màu nước brom và có tỉ khối đối với H2 là 11,80. Xác định công thức phân tử và phần trăm thể tích của từng chất trong hỗn hợp A. Bài giải: = 8,26.2 = 16,52; = 11,8.2 = 23,6 Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br2 nên trong Y không có anken→ anken phản ứng hết Không mất tính tổng quát, chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol (nX = 1 mol) mX = 16,52 g ta có: n2 anken = 1- 0,7=0,3 mol Dựa vào khối lượng hỗn hợp X: Ta có: CTPT: C3H6 và C4H8; . Bài 3: Hỗn hợp khí X gồm H2 và C2H4 có tỉ khối so với He là 3,75. Dẫn X qua Ni nung nóng, thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với He là 5. Hiệu suất của phản ứng hiđro hoá là A. 25% B. 20% C. 50% D. 40% Phân tích đề: - Dạng bài toán này cho biết KLPT trung bình của hỗn hợp trước và sau phản ứng, cho biết cả số mol hỗn hỗn hợp trước hoặc sau phản ứng ta thường áp dụng công thức số (2) để tìm nHphản ứng → số mol mỗi chất trong X - Không mất tính tổng quát giả sử : nX = 1 mol - Phải tìm tỉ lệ số mol giữa H2 và C2H4 trong hỗn hợp X để suy ra tính hiệu suất theo H2 hay C2H4. + Nếu số mol H2 = số mol C2H4 thì tính hiệu suất theo H2 hay C2H4. + Nếu số mol H2 < số mol C2H4 thì tính hiệu suất theo H2 Bài giải: = 3,75.4 = 15; = 5.4 = 20 Không mất tính tổng quát, giả sử hỗn hợp X là 1 mol (nX = 1 mol) ta có: ; → nanken phản ứng = nHphản ứng = 1- 075 = 0,25 mol áp dụng sơ đồ đường chéo: Vậy tính hiệu suất phản ứng theo H2 hoặc C2H4 Bài 4: Hỗn hợp khí X chứa H2 và một ankin. Tỉ khối của X đối với H2 là 4,8. Đun nóng nhẹ X có mặt xúc tác Ni thì nó biến thành hỗn hợp Y không làm mất màu nước brom và có tỉ khối đối với H2 là 8. Công thức phân tử của ankin là A. C2H2 B. C3H4 C. C4H6 D. C4H8 Bài giải: = 4,8.2 = 9,6; = 8.2 = 16 Vì hỗn hợp Y không làm mất màu nước Br2 nên trong Y không có hiđrocacbon không no. Không mất tính tổng quát, chọn số mol hỗn hợp X là 1 mol mX = 9,6g ta có: nankin (X) = Dựa vào khối lượng hỗn hợp X: . . CTPT: C3H4. Chọn B Bài 5: Hỗn hợp X gồm 3 khí C3H4, C2H2 và H2 cho vào bình kín dung tích 9,7744 lít ở 250C, áp suất atm, chứa ít bột Ni, nung nóng bình một thời gian thu được hỗn hợp khí Y. Biết tỉ khối của X so với Y là 0,75. Số mol H2 tham gia phản ứng là A. 0,75 mol B. 0,30 mol C. 0,10 mol D. 0,60 mol Bài giải: ta có: . Chọn C Bài 6: Một hỗn hợp khí X gồm Ankin A và H2 có thể tích 15,68 lít. Cho X qua Ni nung nóng, phản ứng hoàn toàn cho ra hỗn hợp khí Y có thể tích 6,72 lít (trong Y có H2 dư). Thể tích của A trong X và thể tích của H2 dư lần lượt là (các thể tích đo ở điều kiện tiêu chuẩn) A. 2,24 lít và 4,48 lít B. 3,36 lít và 3,36 lít C. 1,12 lít và 5,60 lít D. 4,48 lít và 2,24 lít. Giải → nA = 0,2 mol → VA = 4,48 lít, Biến dạng bài toán : Tách H2 từ hiđrocacbon no X (ankan) thu được hỗn hợp sản phẩm Y gồm hỗn hợp các hiđrocacbon và H2, sau đó cho Y tác dụng hoàn toàn với dung dịch Brôm dư. Dễ thấy, cứ 1 mol liên kết pi phản ứng với 1 mol H2 hoặc 1 mol Br2. Suy ra, số mol H2 tách ra từ X bao nhiêu thì số mol Br2 cộng vào Y bấy nhiêu Ví dụ 1: Cho butan qua xúc tác ( ở nhiệt độ cao) thu được hỗn hợp X gồm C4H10, C4H8, C4H6, H2. Tỉ khối của X so với butan là 0,4. Nếu cho 0,6 mol X vào dung dịch brom (dư) thì số mol brom tối đa phản ứng là A. 0,48 mol B. 0,36 mol C. 0,60 mol D. 0,24 mol Giải : Ap dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có : mX = m butan ban đầu → 0,6.58.0,4 = 58. nbutan ban đầu → nbutan ban đầu = 0,24 mol → nHtách ra = nBr= nY - nX = 0,6 - 0,24 = 0,36 (mol) Ví dụ 2 : Đề hiddro hóa hoàn toàn butan với xúc tác thích hợp thu được hỗn hợp T gồm C4H10, C4H8, C4H6, H2. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp T thu được 8,96 lít CO2( đktc). Mặt khác hỗn hợp T làm mất màu vừa đủ dung dịch chứa m gam Brôm. Tính m biết trong hỗn hợp T số mol của H2 bằng 3/5 lần tổng số mol của T. Bài giải : Ap dụng định luật bảo toàn nguyên tử Cacbon + số mol của C4H10 ban đầu = 1/4 số mol CO2 = 0,4/4 = 0,1 mol, + số mol của (C4H10, C4H8, C4H6) = số mol của C4H10 ban đầu = 0,1mol Gọi số mol của H2 trong hỗn hợp T là x mol → nT = 0,1 + x Theo bài ra ta có : x = → x = 0,15 mol nHtách ra = nBr= 0,15 mol → m = 0,15.160 = 24 gam Dạng 2: Bài toán có dạng tổng quát như sau : Hỗn hợp X gồm ( một hoặc hỗn hợp các hidrocacbon không no, mạch hở và H2). Nung nóng hỗn hợp X với chất xúc tác Ni, Pt, Pd một thời gian thu được hỗn hợp Y. - Dẫn hỗn hợp Y qua dung dịch Brôm dư (phản ứng hoàn toàn) thu được khí Z thoát ra - Hoặc : Đốt cháy hoàn toàn toàn hỗn hợp Y và yêu cầu tính CO2, H2O, O2 cần đốt cháy Y ? Bài toán yêu cầu tính các đại lượng sau : Tính khối lượng hỗn hợp X, tính khối lượng bình dung dịch Brôm tăng, tính khối lượng Brôm phản ứng, tính thể tích khí Z thoát ra, tính số mol CO2, H2O, O2 khi đốt cháy Y... Giải quyết bài toán: - áp dụng dịnh luật bảo toàn khối lượng : mX = mY = m bình đựng Brôm tăng + mZ - áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố : nC(X) = nC(Y), nH(X) = nH(Y) nên ta có : Khi đốt cháy hỗn hợp X hay hỗn hợp Y Bài tập vận dụng: Bài 1 : Đun nóng hỗn hợp X gồm ( 0,04 mol C2H2 và 0,06 mol H2) với bột Ni(xt), sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y. Chia Y thành 2 phần bằng nhau : - Phần 1 cho lội qua dung dịch Brôm đến phản ứng hoàn toàn thấy bình brôm tăng m gam và còn lại 448 ml khí Z (đktc) có tỉ khối so với H2 là 4,5 - Phần 2 đem trộn với 1,68 lít O2 (đktc), rồi đốt cháy hoàn toàn Z thấy lượn O2 còn lại là V lit. Tính V, tính khối lượng của CO2 và H2O tạo thành. Bài giải: nZ = 0,02 mol , MZ = 4,5.2 = 9 - áp dụng dịnh luật bảo toàn khối lượng : mX = mY = (m bình đựng Brôm tăng + mZ ).2 0,04. 26 + 0,06.2 = m + 0,02.9 → m = 0.58 gam - áp dụng dịnh luật bảo toàn nguyên tố C và H: Ta có: khi đốt cháy X hay Y thì số mol CO2 và H2O thu được như nhau, số mol O2 cần dùng như nhau: Bài 2: Hỗn hợp X gồm C2H2 và H2 có cùng số mol. Lấy một lượng hỗn hợp X cho qua chất xúc tác nung nóng, thu được hỗn hợp Y gồm C2H4, C2H6, C2H2 và H2. Sục Y vào dung dịch brom (dư) thì khối lượng bình brom tăng 10,8 gam và thoát ra 4,48 lít hỗn hợp khí Z (đktc) có tỉ khối so với H2 là 8. Thể tích O2 (đktc) cần để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y là A. 22,4 lít. B. 26,88 lít. C. 44,8 lít. D. 33,6 lít. Bài giải: nZ = 0,2 mol , MZ = 8.2 = 16 - áp dụng dịnh luật bảo toàn khối lượng : mX = mY = m bình đựng Brôm tăng + mZ 26.x + 2.x = 10,8 + 0,2.16 → x = 0,5 mol - áp dụng dịnh luật bảo toàn nguyên tố C và H: Ta có: khi đốt cháy X hay Y thì số mol CO2 và H2O thu được như nhau, số mol O2 cần dùng như nhau: C2H2 + 2,5 O2 → 2 CO2 + H2O 0,5mol 1,25mol H2 + 0,5 O2 → H2O 0,5mol 0,25mol Vậy tổng số mol O2 cần dùng là: 1,25 + 0,25 = 1,5 mol→VO2 = 3,36 (lít) Đáp án D Bài 3: Cho hỗn hợp khí A gồm: 0,1 mol axetilen, 0,2 mol etilen, 0,1 mol etan và 0,36 mol hiđro đi qua ống sứ đựng Ni làm xúc tác, đun nóng, thu được hỗn hợp khí B. Dẫn hỗn hợp khí B qua bình đựng nước brom dư, khối lượng bình brom tăng 1,64 gam và có hỗn hợp khí C thoát ra khỏi bình brom. Khối lượng của hỗn hợp khí C là: A. 10,28 gam B. 9,58 gam C. 13,26 gam D. 8,20 gam Giải: Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: mA = mB = m bình đựng Brôm tăng + mC mC = 0,1.26 + 0,2.28+ 0,1.30 + 0,36.2 - 1,64 = 10,28 gam Bài 4: Đun nóng hỗn hợp khí gồm 0,06 mol C2H2 và 0,04 mol H2 với xúc tác Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y. Dẫn toàn toàn bộ Y lội từ từ qua bình đựng dung dịch brom dư thì còn lại 0 448 lít hỗn hợp khí Z (đktc) có tỉ khối so với oxi là 0,5. Khối lượng bình dung dịch brom tăng là: A. 1,04 gam. B. 1,64 gam. C. 1,20 gam. D. 1,32 gam. Bài giải: nZ = 0,02 mol , MZ = 0,5.32 = 16 - áp dụng dịnh luật bảo toàn khối lượng : mX = mY = m bình đựng Brôm tăng + mZ 0,06. 26 + 0,04.2 = m + 0,02.16 → m = 1,32 gam Bài 5: Đun nóng hỗn hợp khí gồm 0,07 mol C2H4 và 0,05 mol H2 với xúc tác Ni, hiệu suất phản ứng H, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y. Dẫn toàn toàn bộ Y lội từ từ qua bình đựng dung dịch brom dư. Tính khối lượng brom tham gia phản ứng và tỉ khối của Y so với hiđro trong các trường hợp sau: a, H = 100%. b, H = 75%. Bài giải: - áp dụng dịnh luật bảo toàn khối lượng: mX =mY = 0,07.28 + 0,05.2 = 2,06 gam a. H = 100% C2H4 + H2 C2H6 Ban đầu 0,07mol 0,05mol Phản ứng 0,05mol 0,05mol 0,05mol Sau p/ư 0,02mol 0 mol 0,05mol C2H4 + Br2 C2H4Br2 0,02mol 0,02mol khối lượng brom tham gia phản ứng : 0,02.160 = 3,2 gam nY = 007 mol → dY/H2 = b. H = 75% → nHphản ứng = C2H4 + H2 C2H6 Ban đầu 0,07mol 0,05mol Phản ứng 0,0375mol 0,0375mol 0,0375mol Sau p/ư 0,0325mol 0,0125 mol 0,0375mol C2H4 + Br2 C2H4Br2 0,0325mol 0,0325mol khối lượng brom tham gia phản ứng : 0,0325.160 = 5,2 gam nY = 00825 mol → dY/H2 = Dạng 3: Bài toán có dạng tổng quát như sau : Hỗn hợp X gồm ( một hoặc hỗn hợp các hidrocacbon không no, mạch hở và H2). Nung nóng hỗn hợp X với chất xúc tác Ni, Pt, Pd một thời gian thu được hỗn hợp Y.Dẫn hỗn hợp Y qua dung dịch brom dư, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, tính khối lượng brom tham gia phản ứng hoặc các đại lượng khác Phương pháp giải - Theo định luật bảo toàn khối lượng: mY = mX = mhidrocacbon + mH nY = mY / MY - Tính: + Tính độ giảm số mol: nX - nY = nH2.pư + Số mol liên kết bị phá vỡ khi phản ứng với H2 = số mol H2 phản ứng + Và số mol brom tác dụng với Y bằng số mol còn lại Vậy ta có: npi trong hidrocacbon đầu (X) = nHp.

【#4】Chương Iv: Định Luật Bảo Toàn Và Chuyển Hóa Năng Lượng

Chương IV: Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

Chương IV: Bài tập động lượng, bảo toàn động lượng

Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng: năng lượng không tự nhiên sinh ra cũng không tự nhiên mất đi, nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc từ vật này sang vật khác đây được coi là định luật cơ bản của vật lý học.

Năm 1841 Julius Robert Mayer (1814- 1878) nhà vật lý học người Đức, nghiên cứu y khoa tại Tbingen, Munich và Paris, sau một chuyến đi thực tế ông đã gửi một đề tài nghiên cứu “Về việc xác định các lực về mặt số lượng và chất lượng” gởi tới tạp chí “Biên niên vật lý học”. (tổng biên tập Poghendoc của tạp chí đã không đăng bài đó cũng không trả lại bản thảo cho tác giả. Ba mươi sáu năm sau, người ta lại tìm thấy bài báo này trên bàn giấy của Poghendoc, khi ông đã chết.)

Chân dung nhà vật lý học Julius Robert Mayer​

Trong bài báo đó, với những lập luận chưa rõ ràng, không có thí nghiệm, không có tính toán định lượng, ông nói về những “lực không thể bị huỷ diệt”. Ở phần kết ông viết “Chuyển động, nhiệt và cả điện nữa, như chúng tôi dự định sẽ chứng minh sau này, là những hiện tượng mà có thể quy về cùng một lực, có thể đo được cái này bằng cái kia, và chuyển hoá cái nọ thành cái kia theo những quy luật nhất định”. Ở đây chưa phát biểu lên một định luật nào nhưng đã toát lên được một ý tưởng rõ nét về định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng. Poghendoc đánh giá đó là một bài báo mang tính triết học chung chung.

Năm 1842 Mayer gửi công trình thứ hai mang tên “Nhận xét về các lực của thế giới vô sinh” đăng trên tạp chí “Biên niên hoá học và dược học”. Ông đưa ra lập luận chung: “lực” là nguyên nhân gây ra mọi hiện tượng, mỗi hiện tượng đều là một hiệu quả nào đó của những hiện tượng nào đó trước nó, và cũng là những hiện tượng nào đó sau nó. Trong chuỗi vô hạn các nguyên nhân và hiệu quả, không có số hạng nào có thể bị triệt tiêu, và do đó “lực” không thể bị huỷ diệt. Sau đó Mayer phân tích sự chuyển hoá “lực rơi”(thế năng) của một vật thành “hoạt lực”(động năng) của nó, sự chuyển hoá “hoạt lực” thành”lực rơi”, hoặc “hoạt lực” thành nhiệt. Ông kết luận “Lực là những đối tượng không trọng lượng, không bị huỷ diệt, và có khả năng chuyển hoá”. Như vậy, định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng lúc này đã được Mayer phát biểu một cách rõ ràng.

Năm 1845, Mayer hoàn thành một công trình mới: “Chuyển động hữu cơ trong mối liên hệ với sự trao đổi chất” tạp chí “Biên niên hoá học và dược học” không nhận đăng bài này, vì đang cần đăng nhiều ông trình mới về hoá học. Mayer quyết định tự xuất bản công trình này thành một quyển sách nhỏ. Ông tìm cách vận dụng những tư tưởng cơ học vào sinh học. Ông nêu rằng “lực” là nguyên nhân của mọi chuyển động, “hiệu quả cơ học” (cơ năng) bao gồm “lực rơi” và “hoạt lực” và “nhiệt cũng là một lực” nó có thể biến thành hiệu quả cơ học.

Trong ba công trình nói trên, Mayer đã nêu lên được tư tưởng tổng quát về định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng, đã phân tích những trường hợp cụ thể về việc chuyển hoá năng lượng, đã tìm ra một cách tính đương lượng cơ của nhiệt, và nêu lên được bức tranh tổng quát về chuyển hoá năng lượng trong vũ trụ. Không may cho ông, công trình thứ nhất của ông đã không được công bố, công trình thứ hai in trên một tạp chí không được các nhà vật lý đọc đến, vì lúc đó ông chưa là một nhân vật có tên tuổi.

Trong khi lý thuyết vật lý về các hiện tượng vật lý trong cơ học, quan học và điện học đã bước một bước dài thì nhiệt học dường như vẫn còn dậm chân tại chỗ trong nửa đầu thế kỉ XIX. Chính những lý thuyết về nhiệt học, nhiệt động lực học chưa phát triển khiến việc chứng minh định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng trở nên khó khăn hơn.

Năm 1790, Rumpho đã thực hiện một thí nghiệm bằng cách ngâm một nòng súng trong một thùng nước và khoan nó bằng một chiếc khoan cùn, sau hai giờ rưỡi thì nước bắt đầu sôi. Ông cho rằng đây là thí nghiệm chứng tỏ nhiệt là một loại chuyển động, tuy nhiên thời kỳ đó các nhà vật lý đều cho rằng “chất nhiệt” ở đây đã được chảy ra từ nòng súng giống như người ta vắt một quả chanh. Do chưa có khái niệm về công cơ học nên về cơ bản thí nghiệm trên của Rumpho không mang ý nghĩa vật lý nào.

Năm 1826 khái niệm công cơ học ra đời và được công nhận, năm 1845 với thí nghiệm khuấy nước nổi tiếng James Prescott Joule đã chứng minh sự chuyển hóa năng lượng từ công thành nhiệt năng, từ đó kiểm nghiệm tính đúng đắn và là nền tảng cho định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng.

Thí nghiệm khuấy nước nổi tiếng của James Prescott Joule

Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz ( 1821 – 1894) là một bác sỹ và nhà vật lý người Đức. Công trình khoa học quan trọng đầu tiên của ông, một luận án vật lý về sự bảo toàn năng lượng viết 1847 được viết ra trong bối cảnh nghiên cứu về y học và triết học của ông. Ông khám phá ra định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng khi nghiên cứu về sự trao đổi chất của cơ bắp. Ông cố gắng diễn đạt rằng không có sự mất đi của năng lượng trong sự chuyển động của cơ bắp, bắt nguồn từ suy luận là không cần một “lực sống” nào để lay chuyển cơ bắp. Đây là sự phủ nhận phỏng đoán truyền thống của Naturphilosophie mà vào thời điểm đó là một triết lý khá phổ biến trong ngành sinh lý học Đức (tại thời điểm đó ất nhiều những nhà nghiên cứu đã sử dụng từ “sinh lực” để giải thích cho những cái họ không thể giải thích nổi, dường như “sinh lực” này có thể tạo ra năng lượng một cách liên tục không bao giờ ngưng nghỉ mà không cần phải tuân theo bất kỳ định luật vật lý, hóa học nào.

chân dung nhà vật lý học Hermann von Helmholtz​

Helmholtz quyết định mở rộng phạm vi của nguyên lý bảo toàn năng lượng, đem nó ứng dụng vào các trường hợp khác nhau. Do vậy ông đã nghiên cứu rất nhiều những phát hiện của các nhà khoa học như James Joule, Julius Mayer, Pierre Laplace, Antoine Lavoisier cùng nhiều nhà khoa học khác đã từng có những nghiên cứu về sự chuyển hóa qua lại hay sự bảo toàn của một loại năng lượng nào đó.

Helmholtz đã phát triển những lý luận sẵn có trên cơ sở thực nghiệm, kết quả đã lần lượt chứng minh năng lượng vĩnh viễn không tự nhiên mất đi, nó có thể chuyển hóa thành nhiệt, âm thanh, ánh sáng… Nhưng chúng ta luôn có thể tìm thấy nó và giải thích được nó.

Năm 1847, Helmholtz nhận ra những nghiên cứu của ông đã chứng minh lý luận phổ biến của bảo toàn năng lượng là: năng lượng trong vũ trụ (hay bất kì một hệ kín nào) luôn bảo toàn, năng lượng có thể chuyển hóa dưới nhiều dạng khác nhau như điện, từ, hóa năng, động năng, quang năng, nhiệt năng, âm thanh, thế năng…, nhưng năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi.

Thách thức lớn nhất đối với lý luận của Helmholtz đến từ phía các nhà thiên văn học nghiên cứu về mặt trời. Nếu như mặt trời không tự sinh ra ánh sáng và nhiệt năng thì số năng lượng khổng lồ do nó tỏa ra do đâu mà có? Nó không thể giống như vật chất tự đốt cháy mình bằng lửa. Các nhà khoa học từ lâu đã chứng minh: Nếu mặt trời cũng giống như các chất tự đốt cháy mình để sinh ra ánh sáng và nhiệt thì không đầy 20 triệu năm nó sẽ bị cháy hết.

Phải mất đến năm năm, Helmholtz mới làm sáng tỏ được vấn đề, đáp án chính là lực hấp dẫn. Mặt trời bị lún về phía trong nó một cách từ từ, đồng thời lực hấp dẫn đã chuyển hóa thành ánh sáng và nhiệt. Câu trả lời đó của Helmholtz đã được người đười sau ông công nhận (tổng cộng 80 năm cho đến khi phát hiện ra năng lượng hạt nhân và phản ứng nhiệt hạch ra đời). Nhưng quan trọng hơn cả là định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng đã được phát hiện ra và được công nhận.

Mặc dù có rất nhiều nhà nghiên cứu độc lập cùng tìm cách minh chứng cho tính đúng đắn định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng, nhưng các nhà vật lý học đều công nhận người tìm ra định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng đầu tiên là Julius Robert Mayer.

【#5】Bài 60. Định Luật Bảo Toàn Năng Lượng

Tiết 68 – Bài 60: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG

Ngày soạn: 20/04/2016

Giảng ở lớp :

9A

9B

1. Mục tiêu:

a. Về kiến thức:

– Qua thí nghiệm, nhận biết được trong các thiết bị làm biến đổi năng lượng, phần năng lượng thu được cuối cùng bao giờ cũng nhỏ hơn phần năng lượng cung cấp cho thiết bị lúc ban đầu, năng lượng không tự sinh ra.

– Phát hiện được năng lượng giảm đi bằng phần năng lượng xuất hiện.

– Phát biểu được định luật bảo toàn năng lượng và vận dụng định luật để giải thích hoặc dự đoán sự biến đổi năng lượng.

b. Về kĩ năng:

– Rèn kĩ năng khái quát hoá về sự biến đổi năng lượng để thấy được sự bảo toàn năng lượng.

– Rèn được kĩ năng phân tích hiện tượng.

c. Về thái độ: Nghiêm túc, hợp tác trong các hoạt động.

2. Chuẩn bị của GV& HS

a. GV: Thiết bị biến đổi thế năng thành động năng và ngược lại.

b. HS: Học bài, nghiên cứu trước nội dung bài mới.

3. Phương pháp giảng dạy

– Tìm và giải quyết vấn đề.

– Tích cực hóa hoạt động của HS.

4. Tiến trình bài dạy:

a. Ổn định tổ chức (1′)

b. Kiểm tra bài cũ, đặt vấn đề vào bài mới (6′)

*Kiểm tra:

? Khi nào vật có năng lượng? Có những dạng năng lượng nào?

? Nhận biết: Hoá năng, quang năng, điện năng bằng cách nào? Lấy ví dụ.

* Đặt vấn đề: Như SGK.

c. Nội dung bài mới:

HOẠT ĐỘNG CỦA THẦY VÀ TRÒ

NỘI DUNG

HĐ 1: Sự chuyển hóa năng lượng trong các hiện tượng cơ, nhiệt, điện. (15′)

HS: bố trí TN hình 60.1- Trả lời câu hỏi .

? Năng lượng động năng, thế năng phụ thuộc vào yếu tố nào?

HS: Trả lời.

? Để trả lời phải có yếu tố nào? Thực hiện như thế nào?

HS: Trả lời.

? HS trả lời – Năng lượng có bị hao hụt không? Phần năng lượng hao hụt đã chuyển hoá như thế nào?

? Năng lượng hao hụt của bi chứng tỏ năng lượng bi có tự sinh ra không?

HS: Trả lời.

HS: đọc thông báo và trình bày sự hiểu biết của thông báo-GV chuẩn lại kiến thức.

GV: Cho HS quan sát 1 TN về sự biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lại. Hao hụt cơ năng?

GV: giới thiệu qua cơ cấu và tiến hành TN- HS quan sát một vài lần rồi rút ra nhận xét về hoạt động.

? Nêu sự biến đổi năng lượng trong mỗi bộ phận.

HS: Trả lời.

? Kết luận về sự chuyển hoá năng lượng trong động cơ điện và máy phát điện.

HS: Đọc kết luận.

HĐ 2: Định luật bảo toàn năng lượng. (5′)

? Năng lượng có giữ nguyên dạng không?

? Nếu giữ nguyên thì có biến đổi tự nhiên không?

? Trong quá trình biến đổi tự nhiên thì năng lượng chuyển hoá có sự mất mát không? Nguyên nhân mất mát đó → Rút ra định luật bảo toàn năng lượng.

HS: Lần lượt trả lời và rút ra kết luận.

HĐ 3: Vận dụng. (10′)

GV: Cho HS trả lời , .

? Bếp cải tiến khác với bếp kiềng 3 chân như thế nào?

? Bếp cải tiến, lượn khói bay theo hướng nào? Có được sử dụng nữa không?

HS: Trả lời.

I- Sự chuyển hóa năng lượng trong các hiện tượng cơ, nhiệt, điện.

1.Biến đổi thế năng thành động năng và ngược lại. Hao hụt cơ năng.

a) Thí nghiệm: Hình 60.1.

Từ A đến C: Thế năng biến đổi thành động năng. Từ C đến B: Động năng biến đổi thành thế năng.

h2 < h1 → Thế năng của viên bi ở A lớn hơn thế năng của viên bi ở B.

…không thể có thêm…ngoài cơ năng còn có nhiệt năng xuất hiện do ma sát.

b) Kết luận 1: Cơ năng hao phí do chuyển hoá thành nhiệt năng.

2. Biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lại: Hao hụt cơ năng.

a) Thí nghiệm:

Hoạt động: Quả nặng- A rơi → dòng điện chạy sang động cơ làm động cơ quay kéo quả nặng B.

Cơ năng

【#6】Định Luật Bảo Toàn Năng Lượng Và Bài Tập Ví Dụ

I/ Định luật bảo toàn năng lượng

1/ Định nghĩa:

năng lượng của 1 vật không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hay từ vật này sang vật khác và điều này được coi là định luật cơ bản của môn vật lý học.

Trong đó:

II/ Bài tập ví dụ

1/ Bài tập về định luật bảo toàn năng lượng có lời giải

Câu 1: Có 2 hòn bi thép A, B giống nhau và được treo vào 2 sợi dây cùng có chiều dài như nhau. Khi ta kéo hòn bi A lên rồi cho nó rơi xuống va chạm vào hòn bi B thì người ta thấy hòn bi B bắn lên một độ cao ngang với độ cao của hòn bi A trước khi được thả. Cho biết hòn bi A khi đó ở trạng thái nào?

  1. Hòn bi A đứng yên ở vị trí ban đầu của hòn bi B.
  2. Hòn bi A chuyển động theo hòn bi B nhưng không lên đến được độ cao của hòn bi B.
  3. Hòn bi A bật trở lại vị trí ban đầu của nó.
  4. Hòn bi A nóng lên.

Câu 2: 1 khẩu đại bác có khối lượng là 4 tấn và bắn đi một viên đạn theo phương ngang và có khối lượng là 10kg với vận tốc là 400m/s. Coi lúc ban đầu hệ đại bác và đạn này đứng yên. Hỏi vận tốc giật lùi của khẩu đại bác là:

    1m/s B. 2m/s C. 4m/s D. 3m/s

Câu 3: 1 hòn bi có khối lượng là 200g treo vào điểm O bằng 1 sợi dây có độ dài l = 1.8m. Kéo hòn bi này ra khỏi VTCB C để dây treo OA khi đó hợp với phương thẳng đứng 1 góc α = 60 o rồi bung nó ra theo 1 vận tốc ban đầu

a/ Tính vận tốc của hòn bi này khi nó trở về C, và tính lực căng của dây treo tại đó

b/ Sau đó dây treo này bị vướng vào 1 cái đinh O 1 sao cho OO 1 = 60m thì hòn bi tiếp tục đi lên điểm B. Tính góc beta

c/ Viên bi từ điểm B đến C thì dây treo bị đứt. Hãy tìm hướng, và vận tốc của viên bi lúc nó sắp chạm đất và vị trí nó chạm đất biết điểm O cách mặt đất 302 m

Hướng dẫn giải:

a/ chọn gốc thế năng VTCB (C)

xét vật tại điểm A thì vật chỉ có thế năng và thế năng đạt cực đại

W = mgh

dựa vào chiều dài của dây và góc ta sẽ tính được h từ đó ta tính được W

khi vật ở C thì ta có vận tốc tại điểm C

b/ khi vật bị mắc tại 1 điểm

thì ta có cả Wt và Wđ

Khi vật ở B thì vật chỉ còn Wt

từ đó ta tính được h B

c/ để giải câu này ta cần sử dụng phương pháp ném xiên

2/ Bài tập tự giải

Câu 1: 1 người dùng tay đẩy 1 cuốn sách có trọng lượng là 5N trượt 1 khoảng dài 0,5m trên mặt bàn nằm ngang và không ma sát, biết lực đẩy có phương chính là phương chuyển động của cuốn sách. Vậy người đó đã thực hiện 1 công là bao nhiêu:

Câu 2: 1 vật khối lượng là 2kg bị hất đi với 1 vận tốc ban đầu và có độ lớn bằng 4m/s trượt trên 1 mặt phẳng nằm ngang. Sau khi nó trượt được 0,8m thì vật này dừng lại. Tính công của lực ma sát đã thực hiện:

Câu 3: 1 máy kéo có công suất là 5kW kéo 1 khối gỗ có trọng lượng là 800N và chuyển động đều được 10m trên 1 mặt phẳng nằm ngang, biết hệ số ma sát giữa khối gỗ và mặt phẳng nằm ngang 0,5. Hãy tính thời gian máy kéo này thực hiện:

Câu 3: 1 chiếc xe khối lượng là 400kg. Động cơ của xe này có công suất là 25kW. Xe cần mất bao nhiêu thời gian để có thể chạy quãng đường dài 2km kể từ lúc nó đứng yên trên đường ngang nếu ta bỏ qua ma sát và coi xe chuyển động thẳng và nhanh dần đều:

【#7】Công Thức Định Luật Ôm (Ohm) Cho Toàn Mạch, Định Luật Bảo Toàn Và Chuyển Hóa Năng Lượng

Khi pin Lơ-clan-sê (pin thường dùng) được sử dụng một thời gian dài thì điện trở trong phin tăng lên đáng kể và dòng điện mà pin sinh ra trong mạch điện kín trở nên khá nhỏ. Định luật Ôm (Ohm) cho toàn mạch và Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng cùng nội dung trong bài viết này sẽ giải thích mối quan hệ giữa cường độ dòng điện trong đoạn mạch kín với điện trở trong của nguồn điện cùng các yếu tố khác của mạch điện.

I. Thí nghiệm

* Toàn mạch là một mạch kín gồm: Nguồn điện nối với mạch ngoài là các vận dẫn có điện trở tương đương R.

* Mắc mạch như hình vẽ:

– Trong đó, ampe kế (có điện trở rất nhỏ) đo cường độ I của dòng điện chạy trong mạch điện kín, vôn kế (có điện trở rất lớn) đo hiệu điện thế mạch ngoài U N và biến trở cho phép thay đổi điện trở mạch ngoài.

– Thí nghiệm được tiến hành với mạch điện này cho các giá trị đo I và U N như bảng sau:

– Các giá trị đo này được biểu diễn bằng đồ thị sau:

II. Định luật ôm đối với toàn mạch

* Thiết lập định luật Ôm cho toàn mạch

– Tích của cường độ dòng điện và điện trở được gọi là độ giảm điện thế. Nên tích IR N còn được gọi là độ giảm điện thế mạch ngoài.

– Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong.

* Biểu thức định luật Ôm cho toàn mạch:

– Trong đó:

I: Cường độ dòng điện của mạch kín (A)

E: Suất điện động (V)

R N: Điện trở ngoài (Ω)

r: Điện trở trong (Ω)

* Phát biểu định luật Ôm với toàn mạch:

– Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó.

– Lưu ý:

E = U N khi r = 0 hoặc mạch hở I=0.

– Hiện tượng đoản mạch là hiện tượng xảy ra khi nối hai cực của một nguồn điện chỉ bằng dây dẫn có điện trở rất nhỏ.

– Khi đoản mạch, dòng điện chạy qua mạch có cường độ lớn (max) và gây chập mạch điện dẫn đến nguyên nhận của nhiều vụ cháy (R N ≈ 0):

2. Định luật Ôm đối với toàn mạch và định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng

– Công của nguồn điện sản ra trong thời gian t: A = E.It

– Nhiệt lượng tỏa ra trên toàn mạch: Q = (R N + r)I 2 t

– Theo định luật bảo toàn năng lượng thì: A = Q ⇔ chúng tôi = (R N + r)I 2 t

⇒ Định luật Ôm đối với toàn mạch hoàn toàn phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng.

– Công thức Hiệu suất của nguồn điện:

(A CI = Công có ích).

– Nếu mạch ngoài chỉ có điện trở R N:

IV. Bài tập vận dụng Định luật Ôm cho toàn mạch và định luật bảo toàn chuyển hóa năng lượng.

– Định luật ôm đối với toàn mạch đề cập tới loại mạch điện kín đơn giản nhất gồm nguồn điện có suất điện động ξ và điện trở trong r, mạch ngoài gồm các vật dẫn có điện trở tương đương R N

– Phát biểu định luật Ôm cho toàn mạch: Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó.

– Hệ thức biểu thị định luật Ôm đối với toàn mạch: hay

– Độ giảm điện thế trên một đoạn mạch là tích của cường độ dòng điện chạy trong mạch với điện trở của mạch: U N=I.R N

– Mối quan hệ giữa suất điện động của nguồn điện và các độ giảm điện thế của các đoạn mạch trong mạch điện kín:

– Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong.

◊ Hiện tượng đoản mạch xảy ta khi nối hai cực của một nguồn điện bằng một dây dẫn có điện trở rất nhỏ . Khi đó dòng điện trong mạch có cường độ rất lớn và có hại

◊ Biện pháp phòng tránh:

– Mỗi thiết bị điện cần sử dụng công tắc riêng;

– Tắt các thiết điện (rút phích cắm) ngay khi không còn sử dụng;

– Nên lắp cầu chì ở mỗi công tắc, nó có tác dụng ngắt mạch ngay khi cường độ dòng điện qua cầu chì quá lớn.

Trong mạch điện kín, hiệu điện thế mạch ngoài U N phụ thuộc như thế nào vào điện trở R N của mạch ngoài?

C. U N không phụ thuộc vào R N

D. U N lúc đầu giảm, sau đó tăng dần khi R N tăng dần từ 0 đến vô cùng.

◊ Chọn đáp án: A. U N tăng khi R N tăng

– Ta có:

– Như vậy, khi R N tăng thì giảm và U N tăng.

a) Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và suất điện động của nguồn điện.

b) Tính công suất mạch ngoài và công suất của nguồn điện khi đó.

a) Cường độ dòng điện trong mạch:

– Suất điện động của nguồn điện: ξ = I.RN + I.r = UN + I.r = 8,4 + 0,6.1 = 9(V).

b) Công suất mạch ngoài : Ρmạch = U.I = 8,4.0,6 = 5,04(W).

– Công suất của nguồn điện: Ρnguồn = ξ.I = 9.0,6 = 5,4(W).

a) Hãy chứng tỏ rằng bóng đèn khi đó gần như sáng bình thường và tính công suất tiêu thụ điện thực tế của bóng đèn khi đó.

b) Tính hiệu suất của nguồn điện trong trường hợp này.

a) Theo bài ra, bóng đèn có ghi 12V – 5W ⇒ hiệu điện thế định mức của bóng là U đm = 12V, công suất định mức của bóng là P đm = 5W.

⇒ Điện trở của bóng đèn là:

– Cường độ dòng điện định mức chạy qua bóng đèn là:

– Hiệu điện thế hai đầu bóng đèn khi này: U = I.R = 0,4158.28,8 = 11,975(V).

– Giá trị này gần bằng hiệu điện thế định mức ghi trên bóng đèn, nên ta sẽ thấy đèn sáng gần như bình thường.

– Công suất tiêu thụ của bóng đèn khi này là: P = U.I = 11,975.0,4158 ≈ 4,98(W).

b) Hiệu suất của nguồn điện là: .100% .100% = 99,8%.

a) Tính công suất tiêu thụ điện của mỗi bóng đèn .

b) Nếu tháo bỏ một bóng đèn thì bóng đèn còn lại sáng mạnh hơn hay yếu hơn so với trước đó.

a) Điện trở tương đương của hai bóng đèn:

– Cường độ dòng điện trong mạch:

– Vì hai đèn giống nhau mắc song song nên cường độ dòng điện qua mỗi đèn là: I đ1 = I đ2 = I/2 = 0,3(A).

b) Nếu tháo bỏ một bóng đèn (giả sử tháo bỏ đèn 2):

– Cường độ dòng điện trong mạch:

– Công suất tiêu thụ của bóng đèn 1: P đ1 = R đ1.I’ 2đ1 = 6.0,375 2 ≈ 0,84(W).

⇒ Đèn còn lại sẽ sáng hơn lúc trước.

【#8】Năng Lượng Là Gì? Phát Biểu Định Luật Bảo Toàn Năng Lượng

Còn trong lý thuyết tương đối thì nhà khoa học Albert Einstein đã chỉ ra rằng giữa năng lượng và khối lượng vật thể có một mối liên hệ nào đó.

Tất cả mọi vật xung quanh chúng ta diễn ra và hoạt động được đều nhờ năng lượng và mỗi một đối tượng lại sử dụng một loại năng lượng khác nhau.

Năng lượng được đo bởi rất nhiều đơn vị khác nhau, trong đó ta có: Jun (Joules hoặc J), calo, W, éc và BTU. Các đơn vị này sẽ được sử dụng tùy thuộc theo từng loại năng lượng và được sử dụng cho những mục đích khác nhau. Nhờ có các đơn vị này mà chúng ta cũng dễ dàng hơn trong việc chuyển đổi năng lượng từ đơn vị này sang đơn vị khác. Điều này cũng tương tự như việc chuyển khoảng cách đi bộ thành dặm và km.

W là đơn vị được sử dụng để đo công suất hoặc dòng năng lượng. Thông thường thì các thiết bị gia dụng sẽ đo công suất bằng W, số W càng cao thì thiết bị hoạt động càng mạnh và tiêu tốn nhiều năng lượng hơn.

Ví dụ: Máy nước nóng có công suất 1000W thì nói sẽ sử dụng 1000W cho mỗi lần sử dụng.

Bên cạnh đó thì thời gian cũng là một phần để đo năng lượng. Nếu máy nước nóng có công suất 1000W sử dụng trong 1 giờ thì nó sẽ tiêu tốn khoảng 1kWh.

Định luật bảo toàn năng lượng và người đã tìm ra nó

Trong Vật lý và Hóa học, định luật bảo toàn năng lượng phát biểu rằng năng lượng của một hệ cô lập là không đổi. Điều này có nghĩa là năng lượng được bảo toàn theo thời gian. Nó không tự nhiên sinh ra cũng không tự nhiên mất đi mà nó chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác hoặc chuyển từ vật này sang vật khác.

Định luật bảo toàn năng lượng ra đời là cả một quá trình nghiên cứu phát triển của rất nhiều nhà khoa học. Năm 1841 nhà Vật lý học người Đức Julius Robert Mayer (1814 – 1878) sau một chuyến đi thực tế đã nghiên cứu về “Việc xác định các lực về mặt số lượng và chất lượng” gửi đến tạp chí “Biên niên vật lý học”. Tuy nhiên bản thảo này đã không được đăng tải.

Tới năm 1842 Mayer gửi công trình nghiên cứu thứ 2 với tên gọi “Nhận xét về các thế lực của thế giới vô sinh” đăng trên tạp chí Biên niên hóa học và dược học. Tại đây ông đã đưa ra những lập luận và phân tính sự chuyển hóa từ thế năng thành động năng. Và ông kết luận “Lực là những đối tượng không trọng lực, không bị hủy diệt và có khả năng chuyển hóa.

Đến năm 1845 Mayer lại tiếp tục hoàn thành công trình mới tên “Chuyển động hữu cơ trong mối liên hệ với sự trao đổi chất”. Ông quyết định xuất bản công trình này thành một cuốn sách nhỏ. Cứ như vậy ba công trình của ông đã nêu lên được những tư tưởng tổng quát nhất về định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng. Tuy nhiên, rất không may cho ông là công trình thứ nhất không được công bố, công trình thứ 2 không được các nhà Vật Lý quan tâm. Và cứ như thế việc chứng minh định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng của Mayer trở nên khó khăn.

Năm 1970 Rumpho đã thực hiện một thí nghiệm bằng cách ngâm một nòng súng trong một thùng nước và khoan nó bằng một chiếc khoan cùn. Sau khoảng 2 giờ rưỡi thì nước bắt đầu sôi. Ông cho rằng đây là thí nghiệm chứng tỏ nhiệt là một loại chuyển động, nhưng do chưa có khái niệm về công cơ học nên nghiên cứu này không mang ý nghĩa gì.

Đến năm 1826 công cơ học ra đời và được công nhận. Cùng lúc này thí nghiệm khuấy nước nổi tiếng của James Prescott Joule đã chứng minh được sự chuyển hóa năng lượng từ công thành nhiệt năng (1854). Đây chính là nền tảng của định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng.

Song song với các nhà nghiên cứu khác thì Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz – Bác sĩ kiêm nhà Vật lý người Đức cũng đã có những công trình nghiên cứu về sự bảo toàn năng lượng (1847). Sau đó ông quyết định mở rộng phạm vi nghiên cứu và đem nó ứng dụng vào nhiều trường hợp khác nhau. Từ đó những lý luận sẵn có của các nhà khoa học trước đó được ông phát triển và lần lượt chứng minh rằng năng lượng vĩnh viễn không tự nhiên mất đi mà nó chỉ chuyển hóa thành nhiệt, âm thanh, ánh sáng,…

Mặc dù có rất nhiều nhà nghiên cứu độc lập cùng tìm ra cách chứng minh cho tính đúng đắn của định luật bảo toàn năng lượng. Nhưng các nhà Vật Lý đều công nhận Người tìm ra định luật này đầu tiên chính là Julius Robert Mayer.

Theo các nghiên cứu đưa ra thì năng lượng được phân chia thành các dạng phổ biến như:

  • Động năng của vật chuyển động
  • Lực hấp dẫn, điện hoặc từ’ hay chính là năng lượng tiềm tàng được lưu trữ bởi các vị trí của vật trong trường lực.
  • Lực đàn hồi được lưu trữ lại bằng cách kéo căng các vật thể rắn.
  • Năng lượng hóa học được giải phóng do nhiên liệu bị đốt cháy.
  • Năng lượng bức xạ mang theo ánh sáng
  • Năng lượng nhiệt do nhiệt độ của một vật thể nào đó.

Tổng năng lượng của một hệ thống sẽ được phân chia thành thế năng, động năng hoặc kết hợp cả hai với nhiều cách khác nhau.

Năng lượng động lực được xác định bởi những chuyển động của một vật thể hoặc chuyển động tổng hợp của các thành phần của một vật thể. Năng lượng tiềm năng sẽ phản ánh lên những tiềm năng của một vật thể có chuyển động. Hay nói chung đó là một chức năng đến từ vị trí của một vật thể trong một trường hoặc có thể được lưu trữ trong chính nó.

Mặc dù hai loại này đã đủ để mô tả tất cả các dạng của năng lượng nhưng nó thường thuận tiện hơn khi đề cập đến sự kết hợp cụ thể của thế năng và động năng như dạng riêng của nó.

Tại sao năng lượng lại quan trọng đối với đời sống con người

Tổng năng lượng trong vũ trụ là có hạn, chúng ta không thể tạo ra hay phá hủy năng lượng mà chỉ có thể biến đổi hay chuyển đổi nó. Chúng ta không thể phủ nhận được vai trò to lớn của năng lượng đối với con người và đời sống. Bởi nó ảnh hưởng trực tiếp tới sự tồn tại, phát triển của con người.

Trong hoạt động sống, cơ thể của chúng ta cần phải nạp các loại thức ăn như: cơm cá, thịt, rau,… vào cơ thể sau đó các bộ phận sẽ chuyển hóa các chất này thành năng lượng duy trì sự sống cho cơ thể.

Trong các hoạt động công nghiệp, sản xuất, lắp ráp, chế tạo,… thì các loại năng lượng khác nhau đến từ cả năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo đã góp phần quan trọng trong việc duy trì thúc đẩy mọi mặt đời sống, kinh tế con người phát triển. Nếu không có năng lượng thì chắc chắn chưng at sẽ không có cuộc sống như ngày hôm nay.

【#9】Áp Dụng Định Luật Bảo Toàn Năng Lượng Và Định Luật Bảo Toàn Động Lượng

Chúng tôi trích giới thiệu với các bạn một số bản dịch từ tác phẩm Những câu hỏi và bài tập vật lí phổ thông của hai tác giả người Nga L. Tarasov và A. Tarasova, sách xuất bản ở Nga năm 1968. Bản dịch lại từ bản tiếng Anh xuất bản năm 1973.

§10. Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng và định luật bảo toàn động lượng

GV: Để mở đầu, tôi muốn nêu ra một vài bài toán đơn giản. Bài thứ nhất: Hai vật trượt không ma sát xuống hai mặt phẳng nghiêng có độ cao H bằng nhau nhưng với hai góc nghiêng khác nhau 2. Vận tốc ban đầu của hai vật bằng không. Tìm vận tốc của hai vật tại cuối đường đi của chúng. Bài thứ hai: Chúng ta biết công thức biểu diễn vận tốc cuối của một vật theo gia tốc và quãng đường đi v = (2as) dùng cho trường hợp khi không có vận tốc ban đầu. Công thức này sẽ có dạng như thế nào nếu như vật có vận tốc ban đầu v0? Bài thứ ba: Một vật được ném từ một độ cao H với vận tốc nằm ngang v0. Tìm vận tốc của nó khi nó rơi chạm đất. Bài thứ tư: Một vật được ném lên hợp một góc với phương ngang với vận tốc ban đầu v0. Tìm độ cao cực đại mà vật lên tới.

HS A: Em sẽ giải bài thứ nhất theo cách như sau. Trước tiên, chúng ta xét một trong hai mặt phẳng nghiêng, chẳng hạn mặt phẳng nghiêng có góc nghiêng 1. Có hai lực tác dụng lên vật: trọng lực P và phản lực pháp tuyến . Ta phân tích lực P thành hai thành phần, một thành phần song song với mặt phẳng nghiêng ( P sin 1) và thành phần kia vuông góc với nó ( P cos 1). Sau đó ta viết phương trình cho những lực vuông góc với mặt phẳng nghiêng:

Vì kết quả cuối cùng không phụ thuộc vào góc nghiêng, nên nó cũng áp dụng được cho mặt phẳng nghiêng thứ hai với góc nghiêng 2.

Để giải bài toán thứ hai, em sẽ sử dụng những phương trình động học đã biết

v = v0 + at

s = v0t + at2/2

Từ phương trình thứ nhất ta tìm được . Thay vào cho t trong phương trình thứ hai ta được

Để giải bài thứ ba, trước tiên em sẽ tìm thành phần vận tốc nằm ngang và thành phần vận tốc thẳng đứng của vận tốc ban đầu. Vì vật chuyển động với vận tốc không đổi theo phương ngang nên . Theo phương thẳng đứng, vật chuyển động với gia tốc g nhưng không có vận tốc ban đầu. Do đó, ta có thể sử dụng công thức √(2gH). Vì tổng bình phương hai cạnh của một tam giác vuông bằng với bình phương cạnh huyền, nên kết quả cuối cùng là

Bài toán thứ tư đã đề cập trong §5. Ta cần phân tích vận tốc ban đầu thành những thành phần nằm ngang ( cos) và thẳng đứng ( sin). Sau đó ta xét chuyển động thẳng đứng của vật và, trước tiên, ta tìm thời gian đi lên từ công thức sự phụ thuộc của vận tốc vào thời gian trong chuyển động chậm dần đều (sin), biết rằng lúc vận tốc thẳng đứng của vật biến mất. Như vậy sin = 0, từ đó sin. Thời gian đã biết, giờ ta tìm độ cao H từ công thức đường đi phụ thuộc thời gian của chuyển động chậm dần đều. Như vậy

GV: Trong cả bốn trường hợp em đều đã có đáp số đúng. Tuy nhiên, tôi không hài lòng với cách em giải những bài toán này. Chúng có thể được giải đơn giản hơn nhiều nếu em sử dụng định luật bảo toàn năng lượng. Các em có thể tự thấy điều đó.

Bài thứ nhất. Định luật bảo toàn năng lượng có dạng mgH = mv2/2 (thế năng của vật tại đỉnh mặt phẳng nghiêng bằng với động năng của nó tại chân mặt phẳng nghiêng). Từ phương trình này ta dễ dàng tìm được vận tốc của vật tại chân mặt phẳng nghiêng

Bài thứ hai. Trong trường hợp này, định luật bảo toàn năng lượng có dạng , trong đó mas là công thực hiện bởi lực đang truyền gia tốc a cho vật. Biểu thức này lập tức đưa đến , hay

Bài thứ tư. Tại điểm vật được ném lên, năng lượng của nó bằng mv 02/2. Tại điểm trên cùng của quỹ đạo của nó, năng lượng của vật là . Vì vận tốc tại điểm trên cùng bằng cos, cho nên, sử dụng định luật bảo toàn năng lượng

HS A: Vâng, em thấy khá rõ là những bài toán này có thể giải theo một cách đơn giản hơn nhiều. Tiếc là em đã không sử dụng định luật bảo toàn năng lượng.

GV: Thật không may, các thí sinh thường hay quên định luật này. Cho nên, họ bắt đầu giải những bài toán như vậy bằng những phương pháp rắc rối hơn, do đó làm tăng thêm xác suất sai sót. Lời khuyên của tôi là: hãy linh hoạt hơn và sử dụng rộng rãi định luật bảo toàn năng lượng.

Ở đây nảy sinh vấn đề: Các em có thể sử dụng định luật này thành thạo như thế nào?

HS A: Em thấy dường như không cần kĩ năng đặc biệt nào hết; định luật bảo toàn năng lượng khá đơn giản.

GV: Khả năng áp dụng chính xác một định luật vật lí không được quyết định bởi tính phức tạp hay tính đơn giản của nó. Xét một ví dụ. Giả sử một vật chuyển động với vận tốc không đổi trong một vòng tròn nằm trong mặt phẳng ngang. Không có lực ma sát. Vật chịu một lực hướng tâm. Công thực hiện bởi lực này trong một vòng chuyển động của vật là bao nhiêu?

HS A: Công bằng tích của lực và quãng đường đi mà nó tác dụng. Như vậy, trong trường hợp của chúng ta nó bằng πR = 2, trong đó R là bán kính của vòng tròn, mv là khối lượng và vận tốc của vật.

GV: Theo định luật bảo toàn năng lượng, công không thể hoàn toàn biến mất. Công em vừa mới tính đã biến thành cái gì?

HS A: Nó dùng để làm quay vật.

GV: Tôi không hiểu. Hãy nói chính xác hơn.

HS A: Nó giữ cho vật chuyển động tròn.

GV: Lí giải của em sai rồi. Không cần có công gì hết để giữ cho vật chuyển động tròn.

HS A: Vậy em không biết làm sao trả lời câu hỏi của thầy.

GV: Năng lượng truyền cho một vật có thể được phân bố, như các nhà vật lí nói, trong các “kênh” sau đây: (1) tăng động năng của vật; (2) tăng thế năng của nó; (3) công thực hiện bởi vật đã cho lên những vật khác và (4) nhiệt sinh ra do ma sát. Đó là nguyên lí chung mà không phải thí sinh nào cũng hiểu rõ.

Giờ hãy xét công của lực hướng tâm. Vật chuyển động với một vận tốc không đổi và do đó động năng của nó không tăng. Như vậy, kênh thứ nhất bị loại. Vật chuyển động trong mặt phẳng nằm ngang và hệ quả là thế năng của nó không thay đổi. Kênh thứ hai cũng bị loại. Vật đã cho không thực hiện bất cứ công nào lên vật khác, cho nên kênh thứ ba bị loại. Cuối cùng, mọi loại ma sát đã bị loại trừ. Hệ quả là loại luôn kênh thứ tư và là kênh cuối cùng.

HS A: Nhưng khi đó có hay không có công của lực hướng tâm?

GV: Như em thấy đó, không có. Bây giờ vẫn còn cơ hội cho em đưa ra kết luận của mình. Hoặc là em thừa nhận rằng định luật bảo toàn năng lượng không đúng, và khi đó toàn bộ vướng mắc của em không còn nữa, hoặc là em tiếp tục công nhận giá trị của định luật này và rồi… Tuy nhiên, hãy cố gắng tìm cách loại đi những khó khăn của em.

HS A: Theo em vẫn nên kết luận rằng lực hướng tâm không thực hiện công nào hết.

GV: Đó là một kết luận khá hợp lí. Tôi muốn nói rằng nó chính là hệ quả trực tiếp của định luật bảo toàn năng lượng.

HS B: Mọi thứ đã sáng tỏ rồi, nhưng chúng ta làm gì với công thức cho công thực hiện bởi một vật?

GV: Ngoài lực và quãng đường đi mà nó tác dụng, công thức này còn chứa cosin của góc giữa hướng của lực và vận tốc

A = Fs cos

Trong trường hợp đã cho cos = 0.

HS A: Ồ vâng, em hoàn toàn quên mất lượng cosin này.

GV: Tôi muốn nêu ra một ví dụ nữa. Xét hai bình thông nhau nối lại bằng một cái ống hẹp có van chặn. Giả sử lúc đầu toàn bộ chất lỏng ở bình bên trái và chiều cao của nó là H (Hình 43 a). Sau đó, chúng ta mở van và chất lỏng chảy từ bình bên trái sang bình bên phải. Dòng chảy ngừng lại khi có mức cao bằng nhau H/2 ở mỗi bình (Hình 43 b). Ta hãy tính thế năng của chất lỏng ở vị trí đầu và vị trí cuối. Để tính ta nhân trọng lượng của chất lỏng trong mỗi bình với nửa chiều cao của cột chất lỏng. Ở vị trí ban đầu thế năng bằng PH/2, và ở vị trí cuối thế năng là ( P/2)( H/4) + ( P/2)( H/4) = PH/4. Như vậy, ở trạng thái cuối thế năng của vật hóa ra chỉ bằng một nửa thế năng lúc ban đầu. Vậy một nửa năng lượng đã tiêu tán đi đâu?

HS A: Em sẽ cố gắng lí giải như thầy đã khuyên. Phần thế năng PH/4 có thể đã dùng để thực hiện công lên những vật khác, sinh nhiệt do ma sát, và động năng của chính khối chất lỏng. Đúng không thầy?

GV: Khá chính xác. Hãy nói tiếp đi.

HS A: Trong trường hợp của chúng ta, chất lỏng chảy từ bình này sang bình kia không thực hiện bất kì công nào lên vật khác. Chất lỏng không có động năng ở trạng thái cuối vì nó ở trạng thái tĩnh. Như vậy cái còn lại để kết luận là một nửa thế năng đã chuyển hóa thành nhiệt do ma sát. Thật vậy, em không có khái niệm rõ ràng cho lắm loại ma sát này là gì.

GV: Em đã lí giải chính xác và đi tới kết luận đúng. Tôi muốn bổ sung thêm vài lời về bản chất của lực ma sát đó. Ta có thể tưởng tượng rằng chất lỏng được chia thành từng lớp, mỗi lớp đặc trưng một tốc độ chảy rõ ràng. Lớp càng gần thành bình thì vận tốc của nó càng nhỏ. Có sự hoán đổi phân tử giữa các lớp, hệ quả của những phân tử có vận tốc cao hơn của chuyển động trật tự đi xen vào giữa những phân tử có vận tốc thấp hơn của chuyển động trật tự, và ngược lại. Như vậy, lớp “nhanh” có tác dụng làm tăng tốc lớp “chậm” và, ngược lại, lớp “chậm” có tác dụng làm giảm tốc lớp “nhanh”. Hình ảnh này cho phép chúng ta nói tới sự tồn tại của sự ma sát nội tại giữa các lớp. Sự chênh lệch vận tốc của các lớp ở giữa bình và ở gần thành bình càng lớn thì tác dụng ma sát càng mạnh. Lưu ý rằng vận tốc của các lớp ở gần thành bình bị ảnh hưởng bởi loại tác dụng nội tại giữa các phân tử chất lỏng và các phân tử thành bình. Nếu chất lỏng làm ướt bình chứa thì lớp liền kề với thành bình thật sự là tĩnh.

HS A: Điều này có phải là ở trạng thái cuối nhiệt độ của chất lỏng có phần cao hơn ở trạng thái ban đầu?

GV: Vâng, chính xác thế. Bây giờ chúng ta sẽ thay đổi điều kiện của bài toán đi một chút. Giả sử không có tương tác giữa chất lỏng và thành bình. Do đó, tất cả các lớp sẽ chảy với vận tốc bằng nhau và sẽ không có lực nội ma sát. Khi đó làm thế nào chất lỏng chảy từ bình này sang bình kia?

HS A: Ở đây thế năng sẽ giảm vì chất lỏng cần có động năng. Nói cách khác, trạng thái minh họa ở Hình 43 b không phải là trạng thái nghỉ. Chất lỏng sẽ tiếp tục chảy từ bình bên trái sang bình bên phải cho đến khi nó đạt tới trạng thái như thể hiện ở Hình 43 c. Ở trạng thái này thế năng một lần nữa bằng với ở trạng thái ban đầu (Hình 43 a).

GV: Hiện tượng gì sẽ xảy ra với chất lỏng sau đó?

HS A: Chất lỏng sẽ bắt đầu chảy về theo hướng ngược lại, từ bình bên phải sang bình bên trái. Như vậy, mực chất lỏng sẽ thăng giáng ở hai bình thông nhau.

GV: Những quan sát như thế có thể quan sát được, chẳng hạn, ở những bình thông nhau thủy tinh chứa thủy ngân. Chúng ta biết rằng thủy ngân không dính ướt thủy tinh. Tất nhiên, những thăng giáng này sẽ bị tắt dần theo thời gian, vì không thể nào loại trừ hoàn toàn sự tương tác giữa các phân tử chất lỏng và các phân tử thành bình.

HS A: Em thấy định luật bảo toàn năng lượng có thể được áp dụng khá tích cực.

GV: Đây là một bài toán khác dành cho các em. Một viên đạn khối lượng m, đang chuyển động theo phương ngang với vận tốc v0, đến va chạm với một khối gỗ khối lượng M, treo lơ lửng bên dưới một sợi dây, và dính vào trong gỗ. Hỏi sau khi viên đạn cắm vào, khối gỗ sẽ nâng lên đến độ cao H bằng bao nhiêu, do sự lệch của dây treo khỏi vị trí cân bằng (Hình 44)?

HS A: Ta kí hiệu v1 là vận tốc của khối gỗ và viên đạn ngay sau khi đạn bay vào trong gỗ. Để tìm vận tốc này, ta dùng định luật bảo toàn năng lượng. Như vậy

Biết được vận tốc này, ta đi tính độ cao H bằng cách sắp xếp lại định luật bảo toàn năng lượng

GV (nói với HS B): Em nghĩ gì về cách giải này?

HS B: Tôi không tán thành thế. Chúng ta đã nói ở phần trước rằng trong những trường hợp như vậy cần sử dụng định luật bảo toàn động lượng. Do đó, thay cho phương trình (50), em sẽ dùng một liên hệ khác

mv0 = (m + M)v1(54)

(động lượng của viên đạn trước khi nó va chạm với khối gỗ bằng động lượng của viên đạn và khối gỗ sau đó). Từ biểu thức này ta có

GV: Chúng ta có hai quan điểm và hai kết quả khác nhau. Theo một quan điểm thì áp dụng định luật bảo toàn động năng, còn theo quan điểm kia thì áp dụng định luật bảo toàn động lượng. Quan điểm nào đúng? (nói với HS A) Em có thể nói gì để chứng minh cho quan điểm của mình?

HS A: Em đã không sử dụng định luật bảo toàn động lượng.

GV (nói với HS B): Còn em sẽ nói gì?

HS B: Em không biết làm thế nào chứng minh cho quan điểm của mình. Em nhớ là khi gặp bài toán va chạm thì định luật bảo toàn động lượng luôn luôn có giá trị sử dụng, còn định luật bảo toàn năng lượng không phải lúc nào cũng dùng tốt. Vì trong trường hợp đã cho, những định luật này đưa đến những kết quả khác nhau, nên cách giải của em rõ ràng là đúng.

GV: Trước tiên, cách giải của em thật sự khá chính xác. Tuy nhiên, ta cần xét kĩ hơn vấn đề này. Một va chạm mà sau đó các vật va chạm dính lại với nhau (hay vật này nằm trong vật kia) được gọi là “va chạm hoàn toàn không đàn hồi”. Tiêu biểu trong những va chạm như thế là sự có mặt của sự bố trí vĩnh viễn ở những vật va chạm, hệ quả của nhiệt sinh ra do ma sát. Vì thế, phương trình (50), chỉ nói tới động năng của các vật, là không áp dụng được. Trong trường hợp của chúng ta, cần sử dụng định luật bảo toàn động lượng (54) để tìm vận tốc của khối gỗ và viên đạn sau va chạm.

HS A: Ý thầy nói là định luật bảo toàn năng lượng không có giá trị đối với một va chạm hoàn toàn không đàn hồi chăng? Nhưng định luật này có tính vạn vật mà.

GV: Không ai nghi ngờ chuyện định luật bảo toàn năng lượng có giá trị đối với một va chạm hoàn toàn không đàn hồi. Động năng không được bảo toàn sau một va chạm như thế. Tôi nói riêng động năng chứ không nói toàn bộ năng lượng. Kí hiệu nhiệt sinh ra trong va chạm là Q, ta có thể viết hệ định luật bảo toàn sau đây cho va chạm hoàn toàn không đàn hồi vừa nói ở trên

Ở đây phương trình thứ nhất là định luật bảo toàn động lượng, và phương trình thứ hai là định luật bảo toàn năng lượng (không chỉ tính cơ năng, mà còn xét cả nhiệt năng).

Hệ phương trình (57) có hai biến: và Q. Sau khi xác định từ phương trình thứ nhất, ta có thể sử dụng phương trình thứ hai để tìm nhiệt lượng Q

Rõ ràng từ phương trình này là khối lượng M càng lớn, thì năng lượng chuyển hóa thành nhiệt càng nhiều. Tính giới hạn, với khối lượng M vô cùng lớn, ta thu được /2, tức là toàn bộ động năng chuyển hóa thành nhiệt. Điều này khá tự nhiên thôi: ví dụ như trường hợp viên đạn bay dính vào tường.

HS A: Có thể có va chạm nào trong đó không có nhiệt sinh ra hay không?

GV: Có, những va chạm như thế là có thể. Chúng được gọi là va chạm “hoàn toàn đàn hồi”. Chẳng hạn, va chạm giữa hai quả cầu thép có thể xem là hoàn toàn đàn hồi với một mức độ gần đúng hợp lí. Sự biến dạng đàn hồi thuần túy của hai quả cầu xảy ra và không có nhiệt sinh ra. Sau va chạm, hai quả cầu trở lại hình dạng ban đầu của chúng.

HS A: Ý thầy nói là trong một va chạm hoàn toàn đàn hồi định luật bảo toàn năng lượng trở thành định luật bảo toàn động năng?

GV: Ừ, tất nhiên rồi.

HS A: Nhưng trong trường hợp này, em không thể nào hiểu làm thế nào thầy dung hòa định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn năng lượng. Chúng ta thu được hai phương trình hoàn toàn khác nhau cho vận tốc sau va chạm. Hoặc, có lẽ, định luật bảo toàn động lượng không có ý nghĩa trong một va chạm hoàn toàn đàn hồi.

GV: Cả hai định luật đều có ý nghĩa trong một va chạm hoàn toàn đàn hồi: bảo toàn động lượng và bảo toàn động năng. Em chẳng có lí do gì để ngần ngại chuyện phối hợp hai định luật này bởi vì sau một va chạm hoàn toàn đàn hồi, các vật bay ra xa nhau ở những vận tốc khác nhau. Trong khi sau một va chạm hoàn toàn không đàn hồi các vật va chạm chuyển động với cùng vận tốc (vì chúng dính vào nhau), thì sau một va chạm đàn hồi mỗi vật chuyển động với một vận tốc xác định riêng của nó. Hai biến chưa biết đòi hỏi có hai phương trình. Ta hãy xét một ví dụ. Giả sử một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc va chạm đàn hồi với một vật khối lượng M đang đứng yên. Giả sử thêm rằng sau va chạm vật đi tới đó bật ngược trở lại. Ta sẽ kí hiệu vận tốc của vật m sau va chạm là và của vật M là . Khi đó định luật bảo toàn năng lượng và động lượng có thể viết ở dạng

Lưu ý dấu trừ trong phương trình thứ nhất. Nó xuất hiện là do giả sử của chúng ta rằng vật đi tới bị bật ngược trở lại.

HS B: Nhưng thầy không phải lúc nào cũng biết trước hướng chuyển động của vật sau va chạm. Phải chăng vật m không thể tiếp tục chuyển động theo hướng cũ với một vận tốc nhỏ hơn sau va chạm?

GV: Nó có thể chứ. Trong trường hợp như vậy ta sẽ thu được một vận tốc v1 âm khi giải hệ phương trình (59).

HS B: Em nghĩ rằng hướng chuyển động của vật m sau va chạm được xác định bởi tỉ số của khối lượng mM.

HS B: Chúng ta biết rằng sau va chạm các quả cầu có thể chuyển động ra xa nhau theo hướng hợp với nhau một góc nào đó. Chúng ta đã giả sử rằng chuyển động xảy ra theo một đường thẳng. Rõ ràng đây phải là một trường hợp đặc biệt mà thôi.

GV: Em nói đúng. Chúng ta đã xét cái gọi là va chạm xuyên tâm trong đó các quả cầu chuyển động trước và sau va chạm theo một đường thẳng đi qua tâm của chúng. Trường hợp tổng quát hơn là va chạm lệch tâm sẽ được xét tới sau. Ở đây tôi muốn biết mọi thứ đã khá rõ ràng hay chưa.

HS A: Em nghĩ là mình đã hiểu rồi. Như em thấy, trong mọi va chạm (đàn hồi hay không đàn hồi), có thể áp dụng được hai định luật bảo toàn: động lượng và năng lượng. Chỉ là bản chất khác nhau của các va chạm dẫn tới những phương trình khác nhau mô tả các định luật bảo toàn. Khi xét những va chạm không đàn hồi, cần kể đến nhiệt sinh ra trong va chạm đó.

GV: Nhận xét của em là đúng và ngắn gọn.

HS B: Như em hiểu cho đến đây thì va chạm hoàn toàn đàn hồi và va chạm hoàn toàn không đàn hồi là hai trường hợp cực độ. Chúng có luôn luôn thích hợp để mô tả những trường hợp thực tế hay không?

GV: Em hay đấy khi đưa ra vấn đề này. Những trường hợp va chạm mà chúng ta vừa xét là những trường hợp cực độ. Trong những va chạm thực tế, một lượng nhiệt nhất định luôn luôn được sinh ra (không có sự biến dạng đàn hồi lí tưởng) và các vật va chạm có thể chuyển động ra xa nhau với những vận tốc khác. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp những va chạm thực tế được mô tả khá tốt theo những mô hình đã giản lược hóa: va chạm hoàn toàn đàn hồi và va chạm hoàn toàn không đàn hồi.

Bây giờ chúng ta hãy xét một ví dụ va chạm đàn hồi lệch tâm. Một vật ở dạng một mặt phẳng nghiêng với góc nghiêng 45o đang nằm trên mặt phẳng ngang. Một quả cầu khối lượng m, đang bay ngang với vận tốc v0, đến va chạm với vật (mặt phẳng nghiêng) có khối lượng M. Hệ quả của sự va chạm là quả cầu bật lên theo phương thẳng đứng và vật M bắt đầu trượt không ma sát trên mặt phẳng ngang. Hãy tìm vận tốc bay lên thẳng đứng của quả cầu ngay sau khi va chạm (Hình 45). Em nào muốn thử giải bài toán này?

HS B: Cho phép em làm thử. Ta kí hiệu vận tốc cần tìm của quả cầu là và của vật M là . Vì va chạm là đàn hồi, nên em có quyền giả sử rằng động năng được bảo toàn. Như vậy

Em cần thêm một phương trình nữa, cái dễ thấy là em nên sử dụng định luật bảo toàn động lượng. Em sẽ viết nó ở dạng

mv0 = Mv2 + mv1(61)

Thật ra em không chắc về phương trình thứ hai vì vận tốc vuông góc với vận tốc .

Với bài toán đã cho, ta có thể chọn phương nằm ngang và phương thẳng đứng. Đối với phương ngang, định luật bảo toàn động lượng có dạng

mv0 = Mv2(62)

Từ phương trình (60) và (62) ta tìm được vận tốc

HS B: Chúng ta làm gì với phương thẳng đứng?

mv1 – Meve = 0(63)

HS B: Vì trái đất cũng tham gia vào bài toán này, cho nên rõ ràng sẽ cần sửa lại phương trình năng lượng (60).

GV: Vậy em sửa như thế nào cho phương trình (60)?

HS B: Em muốn thêm một số hạng về chuyển động của trái đất sau va chạm

Vì khối lượng trên thực tế hết sức lớn, nên vận tốc của trái đất sau va chạm trên thực tế là bằng không. Bây giờ, ta hãy viết lại số hạng /2 trong phương trình (64) có dạng ()/2. Theo phương trình (63), đại lượng trong tích này có một giá trị hữu hạn. Nếu nhân giá trị này với không (trong trường hợp đã cho là bằng không), thì tích cũng sẽ bằng không. Từ đây ta có thể kết luận rằng trái đất tham gia rất kì cục trong bài toán này. Nó thu một động lượng nhất định, nhưng đồng thời trên thực tế nó không nhận năng lượng nào hết. Nói cách khác, nó tham gia vào định luật bảo toàn động lượng nhưng không tham gia vào định luật bảo toàn năng lượng. Trường hợp này là bằng chứng đặc biệt nổi bật của thực tế rằng định luật bảo toàn năng lượng và động lượng là những định luật khác nhau về cơ bản, và độc lập với nhau.

Bài tập

22. Một vật khối lượng 3 kg rơi từ một độ cao nhất định với vận tốc ban đầu 3 m/s theo phương thẳng đứng. Tìm công thực hiện để thắng lực cản của không khí trong 10 giây, biết rằng vật thu được vận tốc 50 m/s lúc cuối khoảng thời gian 10 giây. Giả sử lực cản của không khí là không đổi.

23. Một vật trượt xuống một mặt phẳng nghiêng góc 30 o sau đó trượt tiếp trên một mặt ngang. Xác định hệ số ma sát, biết rằng quãng đường vật trượt trên mặt phẳng ngang bằng với trên mặt phẳng nghiêng.

24. Tính hiệu suất của một mặt phẳng nghiêng trong trường hợp khi một vật trượt ra khỏi nó với vận tốc không đổi.

25. Một quả cầu khối lượng m và thể tích V thả rơi vào trong nước từ độ cao H, chìm xuống độ sâu h, và sau đó thì nhảy ra khỏi nước (tỉ trọng của quả cầu nhỏ hơn của nước). Tìm lực cản của nước (giả sử nó là không đổi) và độ cao quả cầu lên tới sau khi nó nhảy ra khỏi nước. Bỏ qua sức cản không khí. Tỉ trọng của nước kí hiệu là n.

26. Một đầu tàu hỏa có khối lượng 50 tấn, đang chuyển động với vận tốc 12 km/h, móc vào một toa tàu trần khối lượng 30 tấn đang đứng yên trên cùng đường ray. Tìm vận tốc chuyển động chung của đầu tàu và toa xe ngay sau khi chuyển động ghép nối tự động hoạt động. Tính quãng đường đi được bởi hai xe sau khi ghép nối, biết lực cản bằng 5% trọng lượng.

27. Một khẩu đại bác khối lượng M, đặt tại chân một mặt phẳng nghiêng, bắn ra một viên đạn khối lượng m theo phương ngang với vận tốc ban đầu . Hỏi khẩu đại bác leo lên đến độ cao nào trên mặt phẳng nghiêng do sự giật lùi nếu góc nghiêng của mặt phẳng đó là và hệ số ma sát giữa khẩu đại bác và mặt phẳng nghiêng là k?

28. Hai quả cầu khối lượng M và 2 M treo bên dưới hai sợi dây mảnh chiều dài l buộc cố định tại cùng một điểm. Quả cầu M được kéo về một phía nghiêng một góc và thả ra sau khi truyền cho nó một vận tốc tiếp tuyến v 0 hướng về phía vị trí cân bằng. Hỏi hai quả cầu sẽ nâng lên đến độ cao bao nhiêu nếu: (1) va chạm là hoàn toàn đàn hồi, và (2) va chạm là hoàn toàn không đàn hồi (hai quả cầu dính vào nhau sau va chạm)?

29. Một quả cầu khối lượng M treo dưới một sợi dây chiều dài l. Một viên đạn khối lượng m, đang bay theo phương ngang, đến cắm vào quả cầu và mắc kẹt trong đó. Hỏi viên đạn phải có vận tốc tối thiểu bao nhiêu để cho quả cầu quay trọn một vòng tròn trong mặt phẳng thẳng đứng?

30. Hai cái nêm có cùng góc nghiêng 45 o và mỗi nêm có khối lượng M đang nằm trên một mặt phẳng ngang (Hình 46). Một quả cầu khối lượng m ( m << M) thả tự do từ độ cao H. Quả cầu va chạm với nêm này rồi tới nêm kia, sau đó bật lên theo phương thẳng đứng. Tìm độ cao mà quả cầu bật lên tới. Giả sử cả hai va chạm là đàn hồi và không có ma sát giữa hai cái nêm và mặt phẳng ngang.

31. Một cái nêm có góc nghiêng 30 o và khối lượng M nằm trên một mặt phẳng ngang. Một quả cầu khối lượng m thả tự do từ độ cao H, va đàn hồi với cái nêm và bật lên nghiêng góc 30 o so với phương ngang. Hỏi quả cầu bật lên tới độ cao bao nhiêu? Bỏ qua ma sát giữa cái nêm và mặt phẳng ngang.

Vui lòng ghi rõ “Nguồn chúng tôi khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Thêm ý kiến của bạn

【#10】Định Luật Bảo Toàn Năng Lượng Và Ví Dụ Giải Thích

Năng lượng không tự nhiên sinh ra cũng không tự nhiên mất đi mà nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc từ vật này sang vật khác. Đây được coi là định luật cơ bản của vật lý học.

Công thức định luật bảo toàn năng lượng

Ví dụ định luật bảo toàn năng lượng

Nếu thả một hòn bi từ trên cao xuống một cái chén thì năng lượng của hòn bi là thế năng hấp dẫn, rơi vào chén và chuyển động quanh thành chén là động năng, đồng thời phát ra tiếng động là âm năng. Ngoài ra bi còn ma sát với thành chén tạo ra nhiệt năng, vậy ta có thể thấy từ một dạng năng lượng là thế năng đã chuyển hóa thành ba dạng năng lượng như đã nêu ở trên.

Năng lượng trong dao động cơ được gọi là cơ năng. Cơ năng bằng tổng động năng và thế năng. Trong một hệ kín cơ năng không đổi.

Động năng của một vật là năng lượng có được từ chuyển động của vật đó. Nó được định nghĩa là công cần thực hiện để gia tốc một vật với khối lượng cho trước từ trạng thái nghỉ tới vận tốc hiện thời của vật.

Công thức tính động năng

Động năng của một vật rơi tự do được tính bằng công thức: (W_{d}=frac{1}{2}mv^{2})

Thế năng là một đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng sinh công của vật. Thế năng của một vật rơi tự do được tính bằng công thức: (W_{t}=mgh)

Biểu thức bảo toàn cơ năng

(W=W_{d_{1}}+W_{t_{1}}=W_{d_{2}}+W_{t_{1}}=frac{1}{2}mv_{1}^{2}+mgh_{1}+frac{1}{2}mv_{2}^{2}+mgh_{2})

Dựa vào biểu thức trên ta có thể thấy rằng:

Một vật khi rơi tự do, tại thời điểm thế năng cực đại thì động năng bằng 0. Động năng cực đại thì thế năng bằng 0. Động năng tăng thì thế năng giảm. Động năng giảm thì thế năng tăng, nhưng tổng động năng và thế năng là một đại lượng không đổi.

Bài tập định luật bảo toàn năng lượng

Một vật có m = 10g, rơi tự do tại độ cao 5m, vận tốc rơi 13km/h. Tìm cơ năng biết g= 9.8m/s 2 .

Lời giải:

Áp dụng công thức:

(W =W_{d}+W_{t}=frac{1}{2}mv^{2}+mgh= 554,8 J)

  • định luật bảo toàn cơ năng
  • định luật bảo toàn vật chất
  • sự bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

Please follow and like us: