Bài học

Động năng

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em tính được động năng của một vật theo công thức $W_đ = \frac{1}{2}mv^2$ , giải thích được vì sao động năng chỉ xuất hiện khi vật đang chuyển động, và so sánh được động năng của hai vật khi thay đổi khối lượng hoặc tốc độ.

Sau bài này, em tính được động năng của một vật theo công thức $W_đ = \frac{1}{2}mv^2$, giải thích được vì sao động năng chỉ xuất hiện khi vật đang chuyển động, và so sánh được động năng của hai vật khi thay đổi khối lượng hoặc tốc độ.

Kiến thức nền cần nhớ

Hai bài trước, em đã học hai dạng thế năng — năng lượng "đứng yên chờ sẵn" của một vật do vị trí hoặc do biến dạng. Bài này chuyển sang một dạng năng lượng hoàn toàn khác: năng lượng gắn liền với chuyển động. Em cũng cần nhớ đơn vị tốc độ đã học ở lớp 8 ( $v$ tính bằng m/s) để thay số đúng.

Hai bài trước, em đã học hai dạng thế năng — năng lượng "đứng yên chờ sẵn" của một vật do vị trí hoặc do biến dạng. Bài này chuyển sang một dạng năng lượng hoàn toàn khác: năng lượng gắn liền với **chuyển động**. Em cũng cần nhớ đơn vị tốc độ đã học ở lớp 8 ($v$ tính bằng m/s) để thay số đúng.

Khởi động

Một chiếc xe máy đang chạy với tốc độ 40 km/h và một chiếc ô tô tải cùng chạy 40 km/h. Nếu cả hai phanh gấp cùng lúc, xe nào cần quãng đường dừng lại dài hơn? Trực giác cho biết xe tải "nặng nề" hơn sẽ khó dừng hơn — năng lượng nào của chuyển động khiến điều đó xảy ra?

Kiến thức trọng tâm

Động năng là năng lượng một vật có được do nó đang chuyển động. Vật đứng yên thì động năng bằng 0; vật chuyển động càng nhanh và khối lượng càng lớn thì động năng càng lớn.

Công thức tính động năng ở lớp 9 là $W_đ = \frac{1}{2}mv^2$ , trong đó $m$ là khối lượng (kg), $v$ là tốc độ (m/s), và $W_đ$ tính bằng Joule (J). Điểm mấu chốt học sinh cần khắc sâu: động năng tỉ lệ thuận với bình phương tốc độ, không phải tỉ lệ thuận trực tiếp với tốc độ. Vì vậy khi tốc độ tăng gấp đôi, động năng không tăng gấp đôi mà tăng gấp bốn lần; khi tốc độ tăng gấp ba, động năng tăng gấp chín lần.

Đây chính là lí do vì sao tai nạn giao thông ở tốc độ cao nguy hiểm hơn rất nhiều so với mức tăng tốc độ tương ứng: xe chạy 80 km/h không chỉ nguy hiểm gấp đôi xe chạy 40 km/h, mà động năng của nó lớn gấp bốn lần — đòi hỏi quãng đường và lực hãm lớn hơn nhiều để dừng lại an toàn.

Cũng vì lí do này mà quy định đội mũ bảo hiểm khi đi xe máy, xe đạp điện có ý nghĩa vật lí rõ ràng: khi va chạm, động năng của người ngồi trên xe phải triệt tiêu trong một khoảng thời gian rất ngắn. Mũ bảo hiểm không làm giảm động năng trước va chạm, nhưng lớp xốp bên trong mũ kéo dài thời gian va chạm và hấp thụ bớt năng lượng truyền tới đầu người, giảm mức độ chấn thương. Cùng nguyên lí đó giải thích vì sao dây an toàn trên ô tô và túi khí đều hoạt động bằng cách kéo dài thời gian dừng lại của cơ thể thay vì để nó dừng đột ngột.

**Động năng** là năng lượng một vật có được do nó đang chuyển động. Vật đứng yên thì động năng bằng 0; vật chuyển động càng nhanh và khối lượng càng lớn thì động năng càng lớn. Công thức tính động năng ở lớp 9 là $W_đ = \frac{1}{2}mv^2$, trong đó $m$ là khối lượng (kg), $v$ là tốc độ (m/s), và $W_đ$ tính bằng Joule (J). Điểm mấu chốt học sinh cần khắc sâu: động năng tỉ lệ thuận với **bình phương** tốc độ, không phải tỉ lệ thuận trực tiếp với tốc độ. Vì vậy khi tốc độ tăng gấp đôi, động năng không tăng gấp đôi mà tăng gấp **bốn** lần; khi tốc độ tăng gấp ba, động năng tăng gấp **chín** lần. Đây chính là lí do vì sao tai nạn giao thông ở tốc độ cao nguy hiểm hơn rất nhiều so với mức tăng tốc độ tương ứng: xe chạy 80 km/h không chỉ nguy hiểm gấp đôi xe chạy 40 km/h, mà động năng của nó lớn gấp bốn lần — đòi hỏi quãng đường và lực hãm lớn hơn nhiều để dừng lại an toàn. Cũng vì lí do này mà quy định đội mũ bảo hiểm khi đi xe máy, xe đạp điện có ý nghĩa vật lí rõ ràng: khi va chạm, động năng của người ngồi trên xe phải triệt tiêu trong một khoảng thời gian rất ngắn. Mũ bảo hiểm không làm giảm động năng trước va chạm, nhưng lớp xốp bên trong mũ kéo dài thời gian va chạm và hấp thụ bớt năng lượng truyền tới đầu người, giảm mức độ chấn thương. Cùng nguyên lí đó giải thích vì sao dây an toàn trên ô tô và túi khí đều hoạt động bằng cách kéo dài thời gian dừng lại của cơ thể thay vì để nó dừng đột ngột.

Đồ thị là một đường cong đi lên ngày càng dốc — đúng vì

W_đ = \frac{1}{2}mv^2

tỉ lệ với

v^2

, không phải với

v

.Đồ thị là một đường cong đi lên ngày càng dốc — đúng vì $W_đ = \frac{1}{2}mv^2$ tỉ lệ với $v^2$, không phải với $v$.

Ví dụ chuẩn

Ví dụ

Tính động năng của một chiếc xe đang chạy

1
Một chiếc xe máy có khối lượng $m = 120$ kg (kể cả người lái) đang chạy với tốc độ $v = 10$ m/s. Tính động năng của xe máy lúc đó.
Một chiếc xe máy có khối lượng $m = 120$ kg (kể cả người lái) đang chạy với tốc độ $v = 10$ m/s. Tính động năng của xe máy lúc đó.
2
Bài toán cho khối lượng và tốc độ của một vật đang chuyển động, yêu cầu tính động năng. Áp dụng công thức $W_đ = \frac{1}{2}mv^2$ .
Bài toán cho khối lượng và tốc độ của một vật đang chuyển động, yêu cầu tính động năng. Áp dụng công thức $W_đ = \frac{1}{2}mv^2$.
3
Ta có $m = 120$ kg, $v = 10$ m/s. Suy ra $W_đ = \frac{1}{2} \times 120 \times 10^2 = \frac{1}{2} \times 120 \times 100 = 6000$ J.
Ta có $m = 120$ kg, $v = 10$ m/s. Suy ra $W_đ = \frac{1}{2} \times 120 \times 10^2 = \frac{1}{2} \times 120 \times 100 = 6000$ J.
4
Vậy động năng của xe máy khi đang chạy với tốc độ 10 m/s là 6000 J.

Ví dụ dạng thi

Ví dụ

So sánh động năng khi tốc độ tăng theo tỉ lệ

1
Hai chiếc ô tô cùng khối lượng 1000 kg, một chiếc chạy với tốc độ 10 m/s, một chiếc chạy với tốc độ 20 m/s. Tính động năng của mỗi xe, rồi cho biết động năng của xe chạy nhanh hơn gấp bao nhiêu lần động năng của xe chạy chậm hơn.
2
Cả hai xe có cùng $m = 1000$ kg; xe 1 có $v_1 = 10$ m/s, xe 2 có $v_2 = 20$ m/s — tốc độ xe 2 gấp 2 lần xe 1.
Cả hai xe có cùng $m = 1000$ kg; xe 1 có $v_1 = 10$ m/s, xe 2 có $v_2 = 20$ m/s — tốc độ xe 2 gấp 2 lần xe 1.
3
Xe 1: $W_{đ1} = \frac{1}{2} \times 1000 \times 10^2 = 50\,000$ J. Xe 2: $W_{đ2} = \frac{1}{2} \times 1000 \times 20^2 = 200\,000$ J. (1)
Xe 1: $W_{đ1} = \frac{1}{2} \times 1000 \times 10^2 = 50\,000$ J. Xe 2: $W_{đ2} = \frac{1}{2} \times 1000 \times 20^2 = 200\,000$ J. (1)
4
Từ (1), $\dfrac{W_{đ2}}{W_{đ1}} = \dfrac{200\,000}{50\,000} = 4$ lần.
Từ (1), $\dfrac{W_{đ2}}{W_{đ1}} = \dfrac{200\,000}{50\,000} = 4$ lần.
5
Vậy dù tốc độ chỉ gấp 2 lần, động năng của xe 2 gấp tới 4 lần động năng của xe 1 — đúng vì động năng tỉ lệ với bình phương tốc độ, $2^2 = 4$ .
Vậy dù tốc độ chỉ gấp 2 lần, động năng của xe 2 gấp tới 4 lần động năng của xe 1 — đúng vì động năng tỉ lệ với bình phương tốc độ, $2^2 = 4$.

Sai lầm thường gặp

Sai lầm thường gặp: rất nhiều học sinh nghĩ động năng tỉ lệ thuận với tốc độ (tốc độ tăng gấp đôi thì động năng cũng tăng gấp đôi). Đây là sai lầm nghiêm trọng — động năng tỉ lệ với bình phương tốc độ. Một sai lầm khác là quên bình phương $v$ trước khi nhân, chỉ tính $\frac{1}{2}mv$ thay vì $\frac{1}{2}mv^2$ .

Sai lầm thường gặp: rất nhiều học sinh nghĩ động năng tỉ lệ thuận với tốc độ (tốc độ tăng gấp đôi thì động năng cũng tăng gấp đôi). Đây là sai lầm nghiêm trọng — động năng tỉ lệ với **bình phương** tốc độ. Một sai lầm khác là quên bình phương $v$ trước khi nhân, chỉ tính $\frac{1}{2}mv$ thay vì $\frac{1}{2}mv^2$.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Động năng $W_đ = \frac{1}{2}mv^2$ là năng lượng của một vật đang chuyển động, tỉ lệ thuận với khối lượng và tỉ lệ với bình phương tốc độ. Đây là lí do tốc độ cao nguy hiểm hơn nhiều so với mức tăng tốc độ tương ứng.

Động năng $W_đ = \frac{1}{2}mv^2$ là năng lượng của một vật đang chuyển động, tỉ lệ thuận với khối lượng và **tỉ lệ với bình phương** tốc độ. Đây là lí do tốc độ cao nguy hiểm hơn nhiều so với mức tăng tốc độ tương ứng.

Cầu nối

Ta đã học riêng động năng ở bài này. Bài tiếp theo vận dụng công thức động năng vào các bài toán thực tế gắn với an toàn giao thông và so sánh nhiều tình huống cùng lúc.