[Định nghĩa] [Công thức tính] Công có ích, Công toàn phần, Công hao phí và Hiệu suất các máy cơ đơn giản & bài tập tham khảo

I. CÔNG CÓ ÍCH LÀ GÌ? CÔNG TOÀN PHẦN LÀ GÌ? CÔNG HAO PHÍ LÀ GÌ?

Trên thực tế ở các loại máy cơ đơn giản luôn tồn tại ma sát vì vậy công mà ta thực hiện phải thắng được ma sát và nâng vật lên.

Ta có:

• Công mà ta thực hiện là Công toàn phần.
• Công nâng vật lên là Công có ích.
• Công để thắng ma sát là Công hao phí.

⇒ Công toàn phần = Công có ích + Công hao phí

II. CÔNG THỨC TÍNH CÔNG CÓ ÍCH, CÔNG TOÀN PHẦN CỦA CÁC LOẠI MÁY CƠ ĐƠN GIẢN

1. Ròng rọc cố định

Đối với ròng rọc cố định, lực kéo F bỏ ra chính bằng lực P của vật, nên ròng rọc cố định chỉ có tác dụng đổi hướng của lực, không có tác dụng thay đổi độ lớn của vật.

Ta có: 

F = P
\(A_{ích} = P. S_1\)
\(A_{tp} = F. S_2\)

Trong đó:

• F: Lực kéo vật (N).
• P: Trọng lượng của vật (N).
• \(A_{ích}\): Công có ích (J).
• \(A_{tp}\): Công toàn phần (J).
• \(S_1 , S_2\): lần lượt là độ cao cần nâng vật và độ dài của dây kéo (m).

2. Ròng rọc động

Nếu sử dụng dòng dọc động, ta sẽ được lợi 2 lần về lực F kéo nhưng sẽ bị thiệt 2 lần về đường đi và ngoài ra sẽ không thể đổi chiều kéo vật.

Ta có: 

\(F = \frac{P}{2}\)
‍‍\(A_{ích} = P. S_1\)
\(A_{tp} = F. S_2\)

Trong đó:

• F: Lực kéo vật (N).
• P: Trọng lượng của vật (N).
• \(A_{ích}\): Công có ích (J).
• \(A_{tp}\): Công toàn phần (J).
• \(S_1 , S_2\): lần lượt là độ cao cần nâng vật và độ dài của dây kéo (m).

3. Đòn bẩy

Khi dùng đòn bẩy để nâng vật nếu \(l_1 < l_2\) thì \(P > F\) hay nếu \(l_1 > l_2\) thì \(P < F\) (trong đó nếu \(l_1, l_2\) lần lượt là khoảng cách từ điểm tựa tới điểm tác dụng của các lực \(P, \ F\) ).

Vậy nên khi dùng đòn bẩy nếu lợi về lực sẽ thiệt về đường đi và ngược lại nếu lợi về đường đi sẽ thiệt về lực, tùy thuộc vào nhu cầu cần sử dụng.

Ta có: 

\(\frac{P}{F} = \frac{l_2}{l_1} \)
\(A_{ích} = P. h_1\)
\(A_{tp} = F. h_2\)

Trong đó:

• F: Lực kéo vật (N).
• P: Trọng lượng của vật (N).
• \(A_{ích}\): Công có ích (J).
• \(A_{tp}\): Công toàn phần (J).
• \(l_1, l_2\) lần lượt là khoảng cách từ điểm tựa tới điểm tác dụng của các lực \(P, \ F\)
• \(h_1 , h_2\): lần lượt là độ cao cần nâng vật và độ cao của điểm tác động lực (m).

4. Mặt phẳng nghiêng

Khi sử dụng mặt phẳng nghiêng có thể kéo hoặc đẩy vật lên với lực nhỏ hơn so với trọng lượng của vật nên theo định luật về công sẽ thiệt hơn về đường đi, với mặt phẳng nghiêng càng ít thì lực cần để kéo vật trên mặt phẳng đó càng nhỏ.

Ta có: 

\(\frac{P}{F} = \frac{l}{h} \)
\(A_{ích} = P. h\)
\(A_{tp} = F. l = P. h + F_{ms}.l\)

Trong đó:

• F: Lực kéo vật (N).
• P: Trọng lượng của vật (N).
• \(F_{ms}\): Lực ma sát (N).
• \(A_{ích}\): Công có ích (J).
• \(A_{tp}\): Công toàn phần (J).
• l: Chiều dài mặt phẳng nghiêng (m).
• h: Độ cao mặt phẳng nghiêng (m).

III - HIỆU SUẤT CỦA MÁY CƠ ĐƠN GIẢN

Ta có tỉ số giữa công có ích và công toàn phần được gọi là hiệu suất.

Từ đó ta có công thức tính hiệu suất của các máy cơ đơn giản như sau:

\(H = \frac{A_{ích}}{A_{tp}} . 100 \%\)

Trong đó:

• H: Hiệu suất của máy cơ đơn giản.
• \(A_{ích}\): Công có ích (J).
• \(A_{tp}\): Công toàn phần (J).

IV. BÀI TẬP THAM KHẢO

Ví dụ: Dùng một mặt phẳng nghiêng để kéo một vật có khối lượng 50kg lên cao 2m. Nếu không có ma sát thì lực kéo là 125 N, trên thực tế có ma sát và lực kế là 175 N. Vậy hiệu suất của mặt phẳng nghiêng đã dùng trên là bao nhiêu?

Lời giải tham khảo:

Ta có trọng lực của vật đã cho là: P = 10. 50 = 500 (N)

Dùng mặt phẳng nghiêng kéo vật lên cao 2m ta cần thực hiện 1 công là:

\(A_{ích} = P. h = 500. 2 = 1000\) (J)

Nếu không có ma sát thì lực kéo là 125 N, nên ta có chiều dài mặt phẳng nghiêng đã cho là:

\(l = \frac{A_{ích}}{F} = \frac{1000}{125} = 8\) (m)

Trên thực tế có ma sát và lực kế là 175 N nên ta có công thực tế (Công toàn phần) là:

\(A_{tp}\) = 175. 8 = 1400 (J)

Hiệu suất của mặt phẳng nghiêng là:

\(H = \frac{A_{ích}}{A_{tp}} . 100 \%\) 

= \(\frac{1000}{1400}.100 \%\)

≈ 71,433%