Câu 14 trường hợp nào sau đây công của lực bằng không A lực hợp với phương chuy…

Chào các em học sinh yêu quý!

Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau phân tích một câu hỏi rất quan trọng về khái niệm công của lực trong chương trình Vật lý lớp 10. Đây là một kiến thức cơ bản nhưng lại rất dễ gây nhầm lẫn nếu chúng ta không nắm vững định nghĩa.

Lời giải chi tiết:

Bước 1: Nhắc lại định nghĩa và công thức tính công của lực.

Theo định nghĩa trong sách giáo khoa Vật lý lớp 10, công của một lực không đổi tác dụng lên vật chuyển động thẳng là đại lượng đo bằng tích của độ lớn lực, độ lớn độ dịch chuyển và cosin góc hợp bởi phương của lực và phương của độ dịch chuyển.

Công thức tính công là:

$$A=F\cdot s\cdot \cos \⁢\alpha$$

Trong đó:

• $A$ là công của lực (đơn vị: Joule, J).
• $F$ là độ lớn của lực tác dụng (đơn vị: Newton, N).
• $s$ là độ lớn của độ dịch chuyển (quãng đường) của vật (đơn vị: mét, m).
• $\alpha$ là góc hợp bởi phương của lực $\stackrel{\&vec;}{F}$ và phương của độ dịch chuyển $\stackrel{\&vec;}{s}$.

Bước 2: Phân tích điều kiện để công của lực bằng không.

Để công $A$ bằng không ($A=0$), thì một trong các yếu tố trong công thức phải bằng 0. Cụ thể là:

• Trường hợp 1: Lực $F=0$. (Vật không chịu tác dụng lực hoặc tổng hợp lực bằng 0)
• Trường hợp 2: Độ dịch chuyển $s=0$. (Vật không di chuyển)
• Trường hợp 3: $\cos \⁢\alpha =0$.

Trong các phương án đề bài đưa ra, chúng ta xét đến mối quan hệ giữa lực và phương chuyển động, tức là góc $\alpha$. Vậy, để $A=0$ khi $F\ne 0$ và $s\ne 0$, thì $\cos \⁢\alpha$ phải bằng 0. Điều này xảy ra khi góc $\alpha$ bằng $90\⁢°$ (hay lực vuông góc với phương chuyển động).

Bước 3: Xét từng phương án đề bài.

• A. Lực hợp với phương chuyển động một góc nhỏ hơn 90 độ ($0\&InvisibleTimes;°<\alpha <90\&InvisibleTimes;°$): Trong trường hợp này, $\cos \&InvisibleTimes;\alpha >0$. Do đó, công $A>0$ (công phát động). Phương án A sai.
• B. Lực hợp với phương chuyển động một góc lớn hơn 90 độ ($90\&InvisibleTimes;°<\alpha <180\&InvisibleTimes;°$): Trong trường hợp này, $\cos \&InvisibleTimes;\alpha <0$. Do đó, công $A<0$ (công cản). Phương án B sai.
• C. Lực cùng phương với chuyển động của vật ($\alpha =0\&InvisibleTimes;°$): Trong trường hợp này, $\cos \&InvisibleTimes;0\&InvisibleTimes;°=1$. Do đó, công $A=F\cdot s>0$ (công phát động lớn nhất). Phương án C sai.
• D. Lực vuông góc với phương chuyển động của vật ($\alpha =90\&InvisibleTimes;°$): Trong trường hợp này, $\cos \&InvisibleTimes;90\&InvisibleTimes;°=0$. Do đó, công $A=F\cdot s\cdot 0=0$. Phương án D đúng.

Kết luận: Trường hợp công của lực bằng không là khi lực vuông góc với phương chuyển động của vật.

Đáp án đúng là: D

Giải thích phương pháp:

Phương pháp được sử dụng ở đây là phân tích dựa trên định nghĩa và công thức tính công của lực. Bằng cách áp dụng công thức $A=F\cdot s\cdot \cos \&InvisibleTimes;\alpha$ và xét các giá trị của hàm cosin ứng với từng góc $\alpha$ đã cho, chúng ta có thể xác định chính xác trường hợp nào làm cho công $A$ bằng không. Đây là cách tiếp cận cơ bản và chính xác nhất cho dạng bài tập này trong chương trình Vật lý lớp 10.