Bạn có nghe qua từ Thế năng là gì chưa? Trong bộ môn vật lý lớp 10 mà chúng ta đã học qua chắc hẳn ai cũng sẽ phải học qua thế năng và đây là toàn sẽ gây khó với nhiều học sinh. Để giải được bài toán về thế năng thì học sinh cần phải nắm vững các kiến thức để áp dụng chính xác nhé?
Vậy thế năng là gì?
Thế năng là đại lượng trong bộ môn vật lý học thể hiện khả năng sinh công của các vật và nó tồn tại dưới dạng năng lượng.
Hiện nay có hai dạng thế năng phổ biến là thế năng đàn hồi và thế năng trọng trường và mỗi loại có một đặc điểm riêng.
1. Thế năng trọng trường là gì?
Thế năng trọng trường là đơn thuần nói về trọng trường của một vật được xem là năng lượng tương tác giữa vật và Trái Đất và nó sẽ phụ thuộc vào 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 tương ứng 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 giúp cho 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?
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 tính được thế năng đàn hồi thì 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 nhất.
Thế năng tĩnh điện là gì?
Đây là lực bảo toàn dưới dạng tĩnh điện tính theo công thức là 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 thông tin về thế năng là gì? Cách tính thế năng mỗi loại như thế nào? Và đây cũng chỉ là những cách tính đơn giản nhất ngoài ra sẽ có nhiều bài toán vật lý phức tạp khi tính thế năng mà cần phải vận dụng nhiều công thức khác nhau để đưa ra được kết quả chính xác nhất
Chúc các bạn thành công.
Xem thêm:
