Vì sao đĩa có tâm đứng yên vẫn có thể nhận công khi quay?

Giải thích nguyên lý

Động năng tịnh tiến của tâm không mô tả hết chuyển động của vật rắn đang quay. Khi lực tiếp tuyến làm một điểm trên vành dịch chuyển theo chiều lực, lực đó thực hiện công. Tâm đĩa có thể đứng yên vì được giữ bởi trục, nhưng các điểm ngoài tâm vẫn chuyển động. Năng lượng do lực cung cấp chuyển thành năng lượng chuyển động quay nếu bỏ qua tổn hao.

Ví dụ tính từng bước

Đĩa có bán kính 0,10 m. Một lực tiếp tuyến không đổi về độ lớn 10 N luôn cùng chiều chuyển động của điểm đặt trên vành trong một phần tư vòng. Quãng đường điểm đặt là s = πr/2 ≈ 0,1571 m. Công của lực bằng Fs = π/2 ≈ 1,571 J. Đây là công theo đường đi của điểm đặt, không phải lấy lực nhân dịch chuyển của tâm bằng 0.

Điểm dễ hiểu sai

Không lấy công thức động năng tịnh tiến của tâm làm toàn bộ động năng của đĩa. Lực ở trục không sinh công khi điểm trục đứng yên, nhưng lực trên vành có thể sinh công.

Tự kiểm tra

Nếu giữ cùng lực và bán kính nhưng quay nửa vòng, công bằng bao nhiêu? Đáp án: 10 × π × 0,10 = π J.

Điều kiện áp dụng

Trục cố định, lực luôn tiếp tuyến và cùng chiều quay, đĩa không biến dạng đáng kể; bỏ qua ma sát trục. Không dùng công thức moment quán tính ngoài yêu cầu bài.

Đọc hình minh họa

Đĩa có tâm cố định, cung một phần tư vòng và lực tiếp tuyến tại vành; điểm đặt đi trên cung dài 0,1571 m. Các mũi tên chỉ đại lượng theo nhãn; hình định tính không dùng để đo tỉ lệ lực hoặc độ dài. Các đồ thị đọc theo số liệu và đơn vị hai trục.

Học tiếp

Công của lực bằng Fs cos alpha khi nào Định lí động năng liên hệ tổng công ra sao