Thế năng là gì?

0
70
Thế năng là gì

Thế năng trong vật lý là loại lực hay đại lượng gì? Có những loại thế năng gì? Công thức tính thế năng như thế nào? Những kiến thức này sẽ được thuvienhoidap.net giải thích chi tiết trong bài viết thuộc chủ đề vật lý này.

Định nghĩa thế năng là gì?

Đầu tiên chúng ta cần hiểu rõ khái niệm thế năng của một vật là gì? 

Thế năng của một vật là một dạng năng lượng thể hiện khả năng sinh công của vật đó. Bất kỳ vật gì trên trái đất có năng lượng đều tồn tại thế năng.

Trong cơ học thì thế năng là một trường thế vô hướng trong trường vectơ lực bảo toàn năng lượng. Giá trị của thế năng lớn hay nhỏ phụ thuộc vào vị trí của điểm mốc sinh ra thế năng đó.

Thế năng có đơn vị là Jun, kí hiệu là J

Thế năng trọng trường là gì?

a – Trọng trường là gì?

Xung quanh trái đất luôn tồn tại một trọng trường. Trọng trường là sự xuất hiện trọng lực tác dụng lên một vật khối lượng m đặt tại một vị trí bất kỳ trong khoảng không gian có trọng trường.

Còn trọng lực là những lực chịu tác động của lực hấp dẫn do trái đất gây ra.

Tham khảo thêm: Các loại lực trong vật lý

b – Thế năng của trọng trường

  • Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa trái đất và vật đó, nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.
  • Khi một vật khối lượng m đặt ở độ cao z so với mặt đất và nằm trong khoảng trọng trường của trái đất thì thế năng trọng trường của vật được định nghĩa bằng công thức

Công thức thế năng trọng trường:

Wt = mgz

Trong đó:

  • Wt: là thế năng trọng trường
  • m: trọng lượng vật
  • z: chiều cao của vật so với mặt đất
  • g: là lực trọng trường của Trái Đất.

c – thế năng trọng trường có những tính chất gì?

  • Thế năng trọng trường là đại lượng vô hướng.
  • Lực này có giá trị dương hoặc âm hoặc bằng không.
  • Nó phụ thuộc vào vị trí chọn làm gốc thế năng.
  • Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N thì công của trọng lực của vật có giá trị bằng thế năng trọng trường tại M và tại N.
  • Khi vật giảm độ cao, thế năng trọng trường của vật giảm thì trọng lực sinh công dương.
  • Khi vật tăng độ cao, thế năng trọng trường của vật tăng thì trọng lực sinh ra công âm.

Thế năng đàn hồi là gì?

a – Công của lực đàn hồi là gì?

Xét một lò xo có độ cứng k, một đầu gắn vào một vật, đầu kia giữ cố định.

Khi lò xo bị biến dạng với tốc độ biến dạng là ∆l = l – l0, thì lực đàn hồi là:

F = -k∆l

Khi đưa lò xo từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng thì công của lực đàn hồi được xác định bằng công thức:

A = 1/2k(∆l)2

b – Thế năng đàn hồi 

Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.

Công thức tính thế năng đàn hồi của một lò xo ở trạng thái có biến dạng ∆l là:

Wt = 1/2k(∆l)2

c – Thế năng đàn hồi có những tính chất gì?

  • Thế năng đàn hồi là một đại lượng vô hướng và luôn dương.
  • Đơn vị của thế năng đàn hồi là jun (J)

Bài tập thế năng

Bài tập 1: Một lò xo nằm ngang có k = 250N/m, khi tác dụng lực hãm lò xo dãn ra 2cm thì thế năng đàn hồi là bao nhiêu?

Đáp án bài tập 1:

Áp dụng công thức tính thế năng đàn hồi ta có:

Wt = 1/2k.(∆l)2 =  0,05J

Bài tập 2: Lò xo nằm ngang có K = 250N/m. Công của lực đàn hồi thực hiện khi lò xo kéo dãn từ 2cm đến 4cm là bao nhiêu?

Đáp án bài tập 2:

Ta có: A  = Wđh1 – Wđh2 = 1/2k(x12 – x22) = -1,25J

Bài tập 3: Chọn gốc thế năng là mặt đất, thế năng của vật nặng 2kg ở dưới đáy 1 giếng sâu 10m, g = 10m/s2 là bao nhiêu?

Đáp án bài tập 3:

Áp dụng công thức tính thế năng trọng trường ta có:

Wt = mgz = 2.10.10 = – 200J

Bài tập 4: Người ta tung quả cầu m = 250g từ độ cao 1,5m so với mặt đất. Hỏi khi vật đạt v = 23km/h thì vật đang ở độ cao bao nhiêu so với mặt đất. Chọn vị trí được tung làm gốc thế năng, g = 10m/s2

Đáp án bài tập 4:

Ta có:

A = 1/2mv2 = 5,12J

A = Wt = mgz  = > z = 2,048m

h = h0 + z = 1,5 + 2,048 = 3,548m

Bài tập 5: Một vật có m = 1,2kg đang ở độ cao 3,8m so với mặt đất. Thả cho vật đó rơi tự do, tìm công của trọng lực và vận tốc của vật khi vật rơi đến độ cao 1,5m

Đáp án bài tập 5:

Ta có:

A = mgz1 = mgz2 = 27J

A = 1/2mv2 = 27 => v = 3√5