Thế năng là một trong những chương trình học quan trọng của vật lý 10. Để có thể giải hết các bài tập về thế năng đòi hỏi học sinh phải nắm chắc kiến thức. Vậy thế năng là gì? Công năng là gì? Công thức như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây của ruaxetudong.org nhé!
Thế năng là gì? Khái niệm liên quan
Lực đàn hồi là gì?
Thế nào là lực đàn hồi ? là lực được sinh ra khi vật đàn hồi bị biến dạng. Vật đàn hồi vô cùng đa dạng có thể là sợi dây chun, lò xo hoặc là một đoạn dây cao su. Nếu vật đàn hồi là lò xo khi lực tác dụng lực sẽ làm lò xo biến dạng, tác dụng vào quả nặng được treo gọi là lực đàn hồi.
Gia tốc trọng trường là gì?
Là gia tốc do lực hấp dẫn tác dụng lên vật. Giống như vận tốc, gia tốc trọng trường là đại lượng có hướng. Bỏ qua ma sát do sức cản không khí theo nguyên lý, mọi vật nhỏ chịu gia tốc trong một trường hấp dẫn sẽ là như nhau đối với tâm của khối lượng.
Thế năng là gì?
Thế năng là một đại lượng trong vật lý, thể hiện cho khả năng sinh của vật và nó tồn tại dưới dạng năng lượng. Hiện nay, có 2 dạng thế năng đó chính là thế năng đàn hồi và trọng trường. Mỗi loại đều có những đặc điểm và công thức tính khác nhau.
>>> Bài viết tham khảo: Định nghĩa cơ năng là gì – hệ quả & định luật bảo toàn cơ năng
Tìm hiểu về thế năng trọng trường
Trọng trường
Trọng trường là gì? Xung quanh Trái Đất luôn tồn tại một trọng trường. Biểu hiện của trọng trường là sự xuất hiện cả trọng lực tác dụng lên vật khối lượng m, được đặt tại vị trí bất kỳ trong khoảng không gian có trọng trường.
Công thức của trọng lực trong một vật có khối lượng m là:
Trong đó:
- : là gia tốc rơi tự do hay chính là gia tốc trọng trường.
- m: là khối lượng của vật.
Trong một khoảng không gian không quá rộng nếu gia tốc trọng trường tại mọi điểm đều có phương song song, cùng chiều và cùng độ lớn thì ta nói khoảng không gian đó là trọng trường là đều.
Thế năng trọng trường
Cơ năng của một vật sẽ phụ thuộc vào độ cao của vật so với mặt đất hoặc vị trí khác được chọn làm mốc để tính độ cao được gọi là thế năng trọng trường và cũng có thể gọi là thế năng hấp dẫn. Ví dụ như viên đạn đang bay hay quả mít ở trên cây,…
Hiểu đơn giản, thế năng trọng trường là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật; phụ thuộc vào vị trí của vật ở trong trọng trường. Nếu chọn thế năng của vật đặt tại mặt đất có khối lượng là m. Độ cao của vị trí tương ứng so với trọng trường trái đất là z. Thì công thức tính thế năng trọng trường sẽ là:
Wt= m.g.z.
Trong đó:
- Wt: Thế năng của vật tại vị trí z, đơn vị đo là Jun (J)
- m: Là khối lượng của vật (kg)
- z: Là độ cao của vật so với mặt đất
Đặc điểm nổi bật của thế năng trọng trường đó chính là đại lượng vô hướng, có thể rơi vào khoảng từ >0=0 hoặc <0. Sự biến thiên thế năng và công của trọng lực chính là khi một vật bắt đầu di chuyển từ vị trí A cho đến B. Công của trọng lực của vật sẽ được tính bằng hiệu điện thế năng của trọng lực tại 2 vị trí. Công thức: AAB = Wt (ở A) – Wt (ở B)
Trong trường hợp vật rơi bởi lực hấp dẫn thì sẽ làm cho hiện hiện tượng thế năng bị giảm và chuyển thành công để vật rời một cách tự do. Còn trường hợp được ném lên từ mốc thế năng sẽ giúp lực ném chuyển thành công cũng cản trở trọng lực đến khi trọng lực giúp vật rơi tự do.
Liên hệ giữa biến thiên năng và công của trọng lực
Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ M đến N công của trọng lực có giá trị bằng hiệu thế năng tại M và N. Hệ quả là:
- Khi vật có độ giảm cao, thế năng của vật giảm thì trọng lực sẽ sinh ra công dương.
- Khi vật tăng độ cao, thế năng của vật tăng thì trọng lực sẽ sinh công âm.
Tìm hiểu về thế năng đàn hồi
Khi một vật có khả năng biến dạng do tác động nào đó đều có khả năng sinh công. Đây được xem như một dạng năng lượng được gọi chung là thế năng đàn hồi. Để tính được thế năng đàn hồi trước hết mọi người phải tính được công của lực đàn hồi.
Xét một lò xo có chiều là I0 với độ co cứng đàn hồi được kính bằng k. Một đầu cố định một đầu gắn vào vật, tiến hành kéo một đoạn cố định là ΔI. Khi đó, lực đàn hồi sẽ xuất hiện trực tiếp lò xo, tác động vào vật. Độ dài của lò xo sẽ được tính là
Nếu chọn chiều dương là chiều tăng của lò của chiều dài lò xo thì sẽ là
Công thức tính lực đàn hồi đưa vật trở về vị trí của lò xo không biến dạng là:
Khi tính toán được lực đàn hồi, mọi người có thể áp dụng công thức sau để tính thế năng lực đàn hồi của lò xo. Công thức thế năng đàn hồi:
Trong đó:
- Wđh: Là thế năng đàn hồi, đơn vị là J
- k: Là độ cứng của lò xo (N.m)
- x: Độ biến dạng của lò xo (m)
Tìm hiểu thế năng tĩnh điện
Ngoài thế năng trọng trường và đàn hồi còn có thêm một loại thế năng khác đó là tĩnh điện. Đây được xem là một lực bảo toàn dưới dạng tĩnh điện, được tính dựa vào công thức:
Trong đó:
- q: là điện thế
- V: điện tích của vật xác định được.
Để tính được q và V bạn có thể áp dụng công thức F=qE.
>>> Bài viết tham khảo: Lực là gì – Khái niệm, Phân loại, đơn vị tính, ứng dụng
Hy vọng với các thông tin trong bài viết “Thế năng là gì, công thức tính thế năng đàn hồi, trọng trường” sẽ giúp ích bạn. Để có thêm nhiều kiến thức, thông tin hữu ích khác, quý bạn đọc hãy truy cập ngay website ruaxetudong.org để tìm hiểu nhé!
Trong bộ môn vật lý lớp 10 chắc hẳn ai cũng sẽ phải học qua thế năng. Đây là một dạng bài tính toán tương đối khó với nhiều học sinh.
Để có thể giải được một bài toàn thế năng thì học sinh cần phải nắm vững các kiến thức. Cũng như áp dụng một cách chính xác.
Vậy thế năng là gì? Cách tính thế năng như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu chi tiết ngay bài viết sau đây.
Thế năng là gì?
Thế năng chỉ đơn thuần là một đại lượng trong bộ môn vật lý học. Thể hiện cho khả năng sinh công của các vật và nó tồn tại dưới dạng năng lượng.
Hiện nay có hai dạng thế năng là thế năng đàn hồi và thế năng trọng trường. Mỗi loại đều có những đặc điểm riêng để có thể áp dụng và tính toán sao cho phù hợp.
Thế năng trọng trường là gì?
Thế năng trọng trường đơn thuần nói về trọng trường của một vật. Đây được xem là năng lượng tương tác giữa vật và Trái Đất. Phụ thuộc vào chính vị trí của vật tồn tại trong trọng trường.
Nếu chọn thế năng của vật được đặt tại mặt đất với khối lượng tương ứng là m. Với độ cao của vị trí tương ứng so với trọng trường trái đất tính là z. Suy ra thế năng sẽ được tính bằng công thức: Wt= m.g.z.
Trong đó:
- Wt: Thế năng của vật được đặt tại vị trí z (đơn vị Jun (J)).
- m: Khối lượng của vật (kg)
- z: Độ cao của vật so với mặt đất.
Đặc điểm của thế năng trọng trường chính là đại lượng vô hướng, có thể rơi vào khoảng >0 =0 hoặc <0
Sự liên kết giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực chính là khi có một vật bắt đầu di chuyển từ vị trí A đến B. Công của trọng lực của vật sẽ được tính bằng hiệu thế năng của trọng trường tại hai vị trí này.
Cụ thể: AAB = Wt (ở A) – Wt (ở B)
Trong trường hợp vật rơi bởi chính lực hấp dẫn thì sẽ dẫn đến hiện tượng thế năng bị giảm và chuyển thành công để vật rơi tự do.
Còn trường hợp vật được ném lên từ mốc thế năng. Điều này giúp lực ném chuyển thành công. Cũng như cản trở trọng lực đến khi trọng lực giúp vật rơi tự do.
Thế năng đàn hồi là gì?
Như mọi người cũng đã biết, khi một vật có khả năng bị biến dạng do một tác động nào đó đều có thể sinh công. Đây được xem là một dạng năng lượng được gọi với cái tên là thế năng đàn hồi. Để có thể tính được dạng thế công này. Trước tiên mọi người phải tính được công của lực đàn hồi trước.
Khi xét một lò xo có chiều là là l0 với độ cứng đàn hồi tính bằng k. Một đầu cố định một đầu gắn vào vật tiến hành kéo ra một đoạn cố định là Δl. Khi đó, lực của đàn hồi sẽ bắt đầu xuất hiện trực tiếp lò xo tác động vào vật đưa vào công thức:
Khi tính toán được lực đàn hồi, mọi người có thể tính được thế năng lực đàn hồi của một vật chịu tác dụng dựa vào công thức sau: Wđh= 0.5.k.x2
Trong đó:
- Wđh chính là thế năng đàn hồi có đơn vị là J
- k: Độ cứng của lò xo (N.m)
- x: Độ biến dạng của lò xo (m)
Ví dụ 1: một lò xo nằm ngang với độ cứng k = 250 N/m, tác dụng trực tiếp khiến lò xo bị dãn ra khoảng 2cm. Lúc này, thế năng đàn hồi của nó sẽ tính bằng 0.5.250. (200-2)2 = 0.05 (j).
Ví dụ 2: Thanh lò xo nằm ngang với chiều dài k là 250N/m, lò xo bị kéo dãn 2cm vậy lúc này thì công của lực đàn hồi là bao nhiêu?
Giải:
A = Wt2 – Wt1 = 0.5.250. (0.042 – 0.022) = 0.15 (j)
Lúc này công cần tìm sẽ bằng A’ = -A = -0.15 (J)
Ví dụ 3: Nếu thế năng của vật tính được bằng 2kg, vật nằm dưới đáy giếng sâu khoảng 10m, g = 10m/s2. Lúc này gốc thế năng tại mặt đất là bao nhiêu?
Giải: A = Wt – Wt0 è Wt = m.g.z = 2.10. (-10) = -200 (J)
Dựa vào những ví dụ trên thì tùy thuộc vào mỗi yêu cầu đưa ra sẽ phải áp dụng những công thức khác nhau để có thể tính toán chính xác. Chỉ cần biết một số dữ liệu thì các dữ liệu khác đưa ra hoàn toàn có thể tính toán được.
Thế năng tĩnh điện là gì?
Đây được xem là một lực bảo toàn dưới dạng tĩnh điện. Được tính dựa vào công thức φ = q V. Trong đó, q là điện thế và V là điện tích của vật xác định được.
Để có thể tính được q và V thì mọi người cần phải áp dụng hai công thức sau: F = q E
Trên đây là tổng hợp những thông tin giúp mọi người hiểu rõ hơn về thế năng là gì? Tùy thuộc vào mỗi loại thế năng khác nhau để mọi người có thể đưa ra phương pháp tính toán chính xác nhất.
Tuy nhiên, đây chỉ là những cách tính đơn giản dựa trên công thức. Ngoài ra sẽ có nhiều bài toán vật lý phức tạp hơn khi tính thế năng. Mà mọi người cần phải vận dụng nhiều công thức khác nhau để đưa ra được kết quả chính xác nhất.