Thế năng là gì? Công thức tính thế năng đơn giản nhất

Thế năng là gì? Công thức tính thế năng đơn giản nhất
Click to rate this post!
[Total: 0 Average: 0]

Trong chương trình Vật lý lớp 10, Thế năng là một trong những khái niệm khó. Không ít người vẫn đang thắc mắc thế năng là gì cũng như các công thức tính toán xung quanh đại lượng này. Hutbuicongnghiep.com sẽ giúp bạn giải đáp những thông tin cần thiết về thế năng ngay sau đây.

Thế năng là gì? Khái niệm các loại thế năng

Thế năng không đơn thuần chỉ là một đại lượng vật lý. Nó còn được ứng dụng và sử dụng phổ biến trong đời sống. Để có thể giải được các bài toán về thế năng, chúng ta cần nắm rõ các lý thuyết và các khái niệm của nó.

Thế năng là gì
Thế năng là gì? – Khái niệm của các loại thế năng phổ biến

Định nghĩa thế năng là gì?

Thế năng là đại lượng vật lý thể hiện cho khả năng sinh công của vật. Thế năng tồn tại dưới dạng năng lượng của chính vật đó. Trong cơ học thì đây là trường thế vô hướng của vectơ lực bảo toàn. Xét về cơ học thì thế năng sẽ có giá trị tùy vào điểm lấy làm mốc (cũng tương tự như các trường thế vô hướng khác).

Bên cạnh đó, người ta cũng sử dụng khái niệm “hiệu thế năng” để so sánh thế năng giữa hai điểm. Đôi khi, hiệu thế năng được dùng để nói về thế năng của một điểm (trường hợp lấy điểm còn lại là mốc có thế năng bằng 0).

Hiện nay, có hai loại thế năng chính là thế năng đàn hồi và thế năng trọng trường. Mỗi loại thế năng này sẽ có khái niệm và công thức tính riêng biệt.

Khái niệm thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi

Khái niệm thế năng trọng trường

Bên ngoài bao quanh Trái đất của chúng ta luôn tồn tại một môi trường gọi là trọng trường. Nó có thể xuất hiện trọng lực để có thể tác dụng lên bất cứ vật nào đặt bên trong nó.

Trái đất được gọi là trọng trường
Môi trường tồn tại xung quanh Trái đất được gọi là trọng trường

Thế năng trọng trường là gì – Nó là đại lượng được sử dụng đơn thuần để nói về trọng trường của vật. Nó chính là năng lượng (lực) tương tác giữa vật và Trái đất. Thế năng trọng trường sẽ phụ thuộc vào vị trí của vật tồn tại trong trọng trường đó.

Lực thế là lực mà công của nó phụ thuộc vào điểm đầu và điểm kết thúc. Công của nó không hề phụ thuộc vào hình dáng đường đi của lực. Và công thức tính thế năng trọng trường sinh ra để đo lực thế.

Khái niệm thế năng đàn hồi

Khi tìm hiểu thế năng là gì, chúng ta không thể bỏ qua khái niệm thế năng đàn hồi. Thế năng đàn hồi là năng lượng của một vật khi mà nó chịu tác dụng của lực đàn hồi.

Vậy lực đàn hồi là gì? Đây là lực được sinh ra khi một vật đàn hồi và bị biến dạng. Vật này có thể là dây chun, lò xo, dây cao su,… Khi có một lực tác động vào các vật này, sẽ làm chúng bị biến dạng. Nó tác dụng vào quả nặng, khi đó nó được coi là lực đàn hồi.

Thế năng đàn hồi
Thế năng đàn hồi – năng lượng khi vật chịu tác động của lực đàn hồi

Các công thức tính thế năng đàn hồi và thế năng trọng trường

Hai loại thế năng này có những đặc điểm áp dụng cũng như công thức tính toán riêng biệt. Bạn cần hiểu để có thể vận dụng đúng công thức:

Công thức thế năng trọng trường – thế năng là gì

Công thức tính thế năng trọng trường của vật có khối lượng m đặt tại mặt đất, chiều cao so với trọng trường Trái đất là z. Lúc này, công thức thế năng sẽ là:

Wt=m*g*z

Trong công thức này,

  • Wt là thế năng trọng trường của vật tại vị trí z (J)
  • m là khối lượng của vật (kg)
  • z là độ cao của vật tính từ mặt đất
  • g là gia tốc của vật đó
Công thức tính thế năng trọng trường cho một vật
Công thức tính thế năng trọng trường cho một vật

Thế năng trọng trường là một đại lượng vô hướng. Nó có thể rơi vào 3 trường hợp đó là Wt<0, Wt=0 hoặc Wt>0.

Liên hệ giữa sự biến thiên của thế năng và công của trọng lực

Giữa công của trọng lực và biến thiên thế năng của vật có sự liên kết với nhau. Sự liên kết này được thể hiện khi vật đó bắt đầu việc di chuyển từ vị trí A đến vị trí B nào đó.

Lúc này, công của trọng lực sẽ được tính bằng hiệu thế năng trọng trường tại hai vị trí A và B:

AAB = Wt (khi vật ở vị trí A) – Wt (khi vật ở vị trí B)

Nếu vật rơi dưới sự tác động của lực hấp dẫn, thì lúc này, thế năng của vật sẽ giảm và chuyển thành công để vật rơi tự do. Lúc này, thế năng của vật giảm và trọng lực sẽ sinh ra công dương.

Mối liên hệ giữa độ biến thiên của thế năng và công của trọng lực
Mối liên hệ giữa độ biến thiên của thế năng và công của trọng lực

Hoặc trường hợp khác, vật được ném lên không trung. Thì lúc này, vị trí vật được ném lên chính là mốc thế năng. Nó giúp lực ném chuyển thành công và cản trở trọng lực cho đến khi rơi tự do. Vật tăng độ cao nên thế năng của vật tăng, trọng lực sinh ra công âm.

Công thức thế năng đàn hồi

Bên cạnh việc nắm thế năng là gì, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu công thức tính thế năng đàn hồi. Để có thể tính được thế năng đàn hồi, chúng ta cần phải tính được công của lực đàn hồi.

Nếu một lò xo co giãn có chiều dài ban đầu là l0, độ cứng đàn hồi là k. Một đầu của lò xo được cố định còn một đầu được kéo một đoạn là Δl. Lực đàn hồi sẽ xuất hiện và tác động vào vật tại đầu di động của lò xo.

Khi đó, độ dài của lò xo sẽ bằng l = l0 + Δl và lực đàn hồi tác dụng vào vật (theo định luật Húc) sẽ bằng độ cứng đàn hồi nhân với biến thiên độ dài của lò xo:

Trường hợp chọn chiều dương là chiều tăng của độ dài thì công thức tính sẽ thêm dấu trừ vào trước độ cứng lò xo. Còn khi tính lực đàn hồi đưa vật trở về vị trí ban đầu (khi chưa biến dạng) theo công thức:

Tính lực đàn hồi để có thể tính thế năng đàn hồi chính xác nhất

Sau đó, chúng ta có thể tính toán thế năng đàn hồi với công thức:

Wđh = (1/2)*k*(Δl)2 (hoặc Wđh = 0,5*k*x2)

Trong công thức này:

  • k là độ cứng của lò xo, nó được tính bằng đơn vị N.m
  • x là độ biến dạng của lò xo, đơn vị là m

 

Các công thức vật lý sẽ không còn quá khó nếu chúng ta nắm chắc được các lý thuyết. Hy vọng sau bài viết này, hutbuicongnghiep.com đã giúp bạn nắm rõ thế năng là gì cũng như các công thức thế năng. Theo dõi chúng tôi hàng ngày để cập nhật các kiến thức hữu ích khác nhé!

Nguồn: https://hutbuicongnghiep.com/

Tiến Duynh

Tôi có nhiều năm trong lĩnh vực Review các sản phẩm máy móc công nghiệp, game, xe cộ... Hy vọng những chia sẻ của tôi sẽ giúp ích được cho các bạn. Cám ơn đã theo dõi website!

Bài viết liên quan

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Read also x