Động năng là gì? Công thức động năng chi tiết nhất

Động năng là gì?

Trong Vật lí học, động năng là dạng năng lượng của một vật có được do nó đang chuyển động. Đơn vị của động năng là Jun (J).
Động năng còn 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 nó. Sau khi đạt được năng lượng này bởi gia tốc của nó, vật sẽ duy trì động năng này trừ khi tốc độ của nó thay đổi.

Động năng tiếng anh là gì?

Trong tiếng Anh, từ kinetic energy biểu thị cho thuật ngữ động năng. Kinetic là từ có nguồn gốc từ tiếng Hy lạp, kinesis có nghĩa là sự chuyển động.
Ví dụ:
- The electron kinetic energy is comparable to the ion kinetic energy
Động năng của electron có thể so sánh với động năng của ion.
- When you walk or run, you possess some amount of kinetic energy
Khi bạn đi bộ hoặc chạy, bạn sở hữu một lượng động năng.

Tính chất của động năng

Động năng phụ thuộc vào những yếu tố nào?

- Động năng phụ thuộc vào khối lượng và vận tốc của vật, không phụ thuộc hướng vận tốc. Vật có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn.
- Động năng là đại lượng vô hướng, có giá trị dương.
- Động năng mang tính tương đối.

Định lý động năng

Khi lực tác dụng lên vật sinh công dương thì động năng của vật tăng (tức là vật thu thêm công hay vật sinh công âm). Ngược lại, khi lực tác dụng lên vật sinh công âm thì động năng của vật giảm (tức là vật sinh công dương).

Công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng

Động năng của một vật biến thiên khi các lực tác dụng lên vật sinh công:
$A = \frac{1}{2}mv_{2}^{2} - \frac{1}{2}mv_{1^{2}}$
Trong đó:
$\frac{1}{2}mv_{2}^{2}$ là động năng lúc sau của vật.
$\frac{1}{2}mv_{1^{2}}$ là động năng ban đầu của vật.

Công thức tính động năng

Động năng của một vật được xác định theo công thức:
W_đ = 1/2.mv².
Trong đó:
m là khối lượng của vật (kg)
v là vận tốc của vật (m/s)
W_đ là động năng của vật (J)

Động năng của vật rắn

- Trong cơ học cổ điển, động năng của một chất điểm (một vật nhỏ đến nỗi mà khối lượng của nó có thể được xem là chỉ tồn tại tại một điểm), hay một vật không quay, được cho bởi phương trình:
E_k = ½ mv²
+ E_k là động năng của chất điểm
+ m là khối lượng (kg)
+ v là vận tốc (m/s)
- Động năng của một vật liên hệ với động lượng theo phương trình:
$E_{k}=\frac{p^{2}}{2m}$
+ p là động lượng
+ m là khối lượng của vật.
- Công thức tính động năng tịnh tiến:
E_t = ½ mv²
+ m là khối lượng của vật
+ v là tốc độ khối tâm của vật.
- Động năng của một hệ phụ thuộc và cách chọn hệ quy chiếu: hệ quy chiếu cho giá trị động năng nhỏ nhất là hệ mà trong đó, tổng động lượng của hệ bằng không.

Động năng trong dao động điều hòa

- Động năng của vật dao động điều hòa được xác định bằng công thức: 
$W_{đ}=\frac{1}{2}m\omega ^{2}A^{2}sin^{2}(\omega t + \varphi _{0})$
Trong đó:- Động năng của vật dao động điều hoà biến đổi tuần hoàn theo thời gian với tần số góc bằng 2 lần lần tần số góc của li độ.
$\omega ' = 2\omega $

Động năng của con lắc đơn

- Động năng của con lắc đơn là năng lượng mà con lắc có được dưới dạng chuyển động, được tính bằng công thức:
$W_{đ} = \frac{1}{2}mv^{2}$ = $\frac{1}{2}m\omega (s_{0}^{2})sin^{2}(\omega t + \varphi )$ = $\frac{1}{2}m\omega ^{2}(s_{0}^{2} - s^{2})$ = $mgl(cos(\alpha ) - cos(\alpha _{0}))$
Trong đó:- Khi con lắc dao động nhỏ và không có ma sát, cơ năng của con lắc được bảo toàn. Nó chỉ biến đổi từ dạng thế năng sang động năng và ngược lại.

Động năng của e trong điện trường

Giả sử e đi từ M đến N. Động năng của e trong điện trường được xác định bằng công thức:
$W_{đN} = W_{đM} - U_{MN}.e = (\varepsilon - A) - U_{MN}.e$

+ Động năng tăng khi U < 0
+ Động năng giảm khi U > 0
+ $W_{đM} = U_{MN}.e$ thì $U_{MN}$ gọi là hiệu điện thế hãm

Động năng của con lắc lò xo

Động năng của con lắc lò xo dao động tuần hoàn với ω’ = 2ω; f’ = 2f; T’ = T/2 được tính bằng công thức:
$W_{đ}=\frac{1}{2}mv^{2}=\frac{1}{2}mA^{2}\omega ^{2}sin^{2}(\omega t + \varphi )$
Trong đó
+ Wđ : động năng của con lắc lò xo (J)
+ m: khối lượng của vật (kg)
+ v: vận tốc của vật (m/s)

Sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng

Động năng có thể chuyển hóa thành thế năng và ngược lại thế năng có thể chuyển hóa thành động năng. Trong quá trình cơ học, động năng và thế năng có thể chuyển hóa lẫn nhau, nhưng cơ năng được bảo toàn.
Phân tích sự chuyển hóa động năng và thế năng của vật trong một số trường hợp đơn giản.

Ví dụ về động năng

- Người Hà Lan từ xa xưa đã thông qua các cối xay gió để biến năng lượng chuyển động từ gió thành công cơ học để chạy các máy xay đơn giản.
- Sử dụng năng lượng từ chuyển động của các dòng không khí (gió) thành công cơ học để bơm nước từ các giếng sâu lên mặt đất.
- Năng lượng có được từ chuyển động của các dòng không khí (các cơn gió) làm quay các cánh quạt, chuyển động quay của cánh quạt lại được nối với các tuabin của máy phát điện. Năng lượng từ dòng điện sinh ra được sử dụng trong đời sống hàng ngày như thắp sáng, sạc các loại pin, chạy các thiết bị điện như tivi, tủ lạnh, bếp điện, điều hòa…