Động cơ công suất không đổi: vì sao gia tốc không cố định?

Vật lý 10 · Ôn tập kiến thức THPT

Khi công suất cơ P không đổi và lực kéo cùng chiều vận tốc, F_kéo = P/v. Vì lực kéo thay đổi theo v, không thể mặc định gia tốc không đổi chỉ vì công suất giữ nguyên.

Một xe mô hình có m = 1 000 kg, công suất cơ truyền tới xe P = 2 000 W. Lực cản được đề cho là F_cản = cv với c = 50 N·s/m. Chỉ xét chuyển động thẳng v > 0, các lực ngang khác bỏ qua.

Gia tốc tức thời:

a = (P/v − cv)/m.

Ở v = 5 m/s: lực kéo 400 N, lực cản 250 N; a = 0,15 m/s². Ở v = 10 m/s: lực kéo 200 N, lực cản 500 N; a = −0,30 m/s². Xe đang chạy nhanh vẫn có thể chậm lại dù động cơ đang cấp công suất dương.

Tốc độ cân bằng của mô hình

a = 0 khi P/v = cv, suy ra v = √(P/c) = √40 ≈ 6,325 m/s. Kiểm tra bằng năng lượng mỗi giây: công suất cản cv² tại tốc độ ấy bằng 50 × 40 = 2 000 W, vừa bằng công suất cơ cấp.

Giá trị cân bằng chỉ có ý nghĩa trong mô hình lực cản tuyến tính đã cho. Không gọi nó là tốc độ tối đa thật của mọi xe. Công suất điện đầu vào cũng không mặc định bằng công suất cơ khi có hao phí.

Không dùng F = P/v tại v = 0 để suy lực vô hạn; mô hình công suất cố định không mô tả đúng giai đoạn khởi hành ấy.

Tự luyện: Muốn tốc độ cân bằng 8 m/s với cùng c, cần P = cv² = 3 200 W. Nếu công suất cấp vẫn 2 000 W, tại 8 m/s xe có xu hướng giảm tốc trong mô hình.

Đọc tiếp: Công suất tức thời.