Định Luật Bảo Toàn Năng Lượng

Khi một vật chuyển động, năng lượng của nó có thể chuyển đổi qua lại giữa chuyển động (động năng) và vị trí (thế năng), nhưng tổng cơ năng vẫn giữ nguyên miễn là ma sát và lực cản không khí không lấy đi phần nào. Một vật rơi đổi độ cao lấy tốc độ, và một vật đang lên đổi tốc độ lấy độ cao — tổng số không bao giờ đổi.

Công thức

E = ½ · m · v² + m · g · h

• E — tổng cơ năng (J): năng lượng kết hợp của chuyển động và vị trí, không đổi nếu không có ma sát
• m — khối lượng (kg): lượng vật chất mà vật có
• v — tốc độ (m/s): vật đang chuyển động nhanh như thế nào tại thời điểm đó
• g — gia tốc trọng trường (m/s²): độ mạnh của lực hút trọng trường, khoảng 9,8 m/s² gần bề mặt Trái Đất
• h — độ cao (m): vật ở cao hơn một mức tham chiếu bao xa

Ví dụ đã giải

Một quả bóng 2 kg đu theo quỹ đạo ở độ cao 5 m trên mặt đất, di chuyển với tốc độ 4 m/s. Dùng g = 9,8 mét trên giây bình phương, tổng cơ năng của nó là bao nhiêu?

• m = 2 kg
• v = 4 m/s
• h = 5 m

1. E = ½ · m · v² + m · g · h
2. E = ½ · 2 kg · (4 m/s)² + 2 kg · 9.8 m/s² · 5 m

E = 114 J

Tự kiểm tra

Bạn thấy điều này ở đâu

Một con lắc dao động cao nhất ở các điểm cuối, nơi nó tạm dừng, và nhanh nhất ở đáy, trao đổi chiều cao lấy tốc độ và ngược lại ở mỗi lần dao động. Ngọn đồi cao nhất của một tàu lượn siêu tốc luôn là ngọn đầu tiên — chuyến đi không bao giờ có thể đi lên cao hơn điểm khởi đầu sau khi nó bắt đầu chuyển đổi chiều cao thành tốc độ.

Những sai lầm phổ biến

Một lỗi thường gặp là cho rằng năng lượng «hết» khi một cái gì đó chậm lại — nó không biến mất, nó chuyển đổi thành một dạng khác, thường là nhiệt từ ma sát hoặc sức cản của không khí mà một tổng năng lượng cơ học đơn giản không theo dõi. Một cái khác là nhầm lẫn giữa sự phụ thuộc của năng lượng động học và năng lượng thế: năng lượng thế (mgh) chỉ phụ thuộc vào chiều cao, không phụ thuộc vào tốc độ, trong khi năng lượng động học (½mv²) chỉ phụ thuộc vào tốc độ, không phụ thuộc vào chiều cao.

Nó liên kết như thế nào

Đây là nửa thứ hai của bộ công cụ bảo toàn động lượng bắt đầu: động lượng theo dõi hướng và luôn bảo toàn trong một hệ kín, trong khi năng lượng cơ học theo dõi chuyển động-cộng-vị-trí và chỉ bảo toàn khi ma sát không ăn cắp bất kỳ năng lượng nào. Mô-men lực và đòn bẩy, tiếp theo, áp dụng những ý tưởng lực giống nhau cho chuyển động quay thay vì chuyển động theo đường thẳng.

Thử mô phỏng

• Quả bóng nảy
• Con lắc
• Vật gắn lò xo

Các khái niệm liên quan

• Định Luật II Newton
• Định Luật Bảo Toàn Động Lượng
• Định Luật Vạn Vật Hấp Dẫn Newton
• Các Định Luật Kepler Về Chuyển Động Hành Tinh
• Mô Men Xoắn & Định Luật Đòn Bẩy
• Lực Hướng Tâm