Một cần cẩu nâng một contenơ có khối lượng 3000kg từ mặt đất lên độ cao 2m

Bài 35: Thế năng. Thế năng trọng trường

Bài 4 (trang 168 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một cần cẩu nâng một contenơ có khối lượng 3000kg từ mặt đất lên độ cao 2m (tính theo di chuyển của trọng tâm contenơ), sau đó đổi hướng và hạ nó xuống sàn một ô tô tải ở độ cao cách mặt đất 1,2m (hình 35.8).

a) Tìm thế năng của contenơ trong trọng trường khi nó ở độ cao 2m. Tính công của lực phát động (lực căng của dây cáp) để nâng nó lên độ cao này.

b) Tìm độ biến thiên thế năng khi contenơ hạ từ độ cao 2m xuống sàn ô tô. Công của trọng lực có phụ thuộc cách di chuyển contenơ giữa hai vị trí đó hay không? Tại sao?

Lời giải:

a) Khi contenơ ở độ cao 2m so với mặt đất, thế năng là

W_t = m.g.z = 3000.9,8.2 = 58800 J (mốc thế năng tại mặt đất)

Công của lực phát động để nâng vật lên cao 2m so với mặt đất là (coi chuyển động là đều):

A = │A_P│= ΔW_t = 58800 – 0 = 58800J

b) Độ biến thiên thế năng khi contenơ hạ từ độ cao 2m xuống sàn ô tô:

W_t1 – W_t2 = m.g.(z₁ – z₂) = 3000.9,8.(2- 1,2) = 23520J

Công của trọng lực không phụ thuộc dạng đường đi, chỉ phụ thuộc vị trí đầu và vị trí sau.

Tuy nhiên công của trọng lực khi vật di chuyển từ độ cao z₂ lên độ cao z₁ là công âm, vì hướng trọng lực P ngược hướng với S.