Trong bộ môn vật lý THPT chắc hẳn em học sinh nào cũng sẽ học về động năng, thế năng. Đây là một dạng kiến thức có các bài tính toán tương đối khó với nhiều học sinh. Để có thể giải được một bài toàn có công thức tính thế năng thì học sinh cần phải nắm vững nhiều kiến thức cũng như áp dụng chúng một cách chính xác. Vậy thì thế năng là gì? Công thức thế năng được áp dụng như thế nào? Hãy cùng Palada.vn tìm hiểu nhé.
Tóm tắt
Thế năng là gì?
Thế năng là một đại lượng vật lý, nó thể hiện cho khả năng sinh công của các vật và tồn tại dưới dạng năng lượng.
Hiện nay có ba dạng thế năng là thế năng đàn hồi, thế năng trọng trường hay còn gọi là thế năng hấp dẫn và thế năng tĩnh điện. Mỗi loại đều có những đặc điểm riêng nên cần phải áp dụng công thức tính thế năng và tính toán sao cho phù hợp.
Thế năng trọng trường – thế năng hấp dẫn là gì?
Trọng trường là gì? Trọng trường có thể hiểu là gia tốc mà trái đất tác dụng lên vật ở trên bề mặt nó. Ký hiệu của gia tốc trọng trường là g xấp xỉ 9,81 m/s².
Thế năng trọng trường là năng lượng bảo toàn về trọng trường của một vật. Đây được xem là năng lượng tương tác giữa một vật và Trái Đất. Nó phụ thuộc vào chính vị trí của vật tồn tại trong trọng trường.
Nếu chọn thế năng của vật được đặt trên mặt đất với khối lượng tương ứng là m. Độ cao của vị trí tương ứng vật so với trọng trường trái đất tính là z. Ta có thế năng sẽ được tính bằng công thức: Wt= m.g.z.
Trong đó:
Wt: Thế năng của vật đặt tại vị trí z (đơn vị Jun (J)).
m: Khối lượng của vật (kg)
g: Gia tốc trọng trường ta lấy bằng 9,81 m/s²
z: Độ cao của vật đó so với mặt đất.
Đặc điểm của thế năng thế năng hấp dẫn là đại lượng vô hướng, có thể rơi vào khoảng > 0, = 0 hoặc cũng có thể <0
Sự liên kết giữa biến thiên về thế năng và công của trọng lực chính là khi một vật bắt đầu di chuyển từ vị trí A đến B. Lúc này công của trọng lực vật đó sẽ được tính bằng hiệu thế năng của trọng trường tại 2 vị trí này.
Cụ thể: A AB = Wt (tại A) – Wt (tại B)
Trong trường hợp vật đó rơi bởi chính lực hấp dẫn thì sẽ dẫn đến hiện tượng là thế năng bị giảm sau đó chuyển thành công để vật rơi tự do.
Trường hợp vật được ném lên từ mốc thế năng, lực ném chuyển thành công cũng như là 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 đàn hồi do một tác động nào đó đều có thể sinh công. Lực đàn hồi là gì? Lực đàn hồi là lực sinh ra do một vật đàn hồi bị tác động. Sau khi biết thế nào là lực đàn hồi thì ta có thể xét đến một dạng năng lượng được gọi với cái tên là thế năng đàn hồi. Để có thể tính được dạng công thức thế năng đàn hồi này thì trước tiên chúng ta phải có công thức tính lực đàn hồi của lò xo trước.
Khi xét một lò xo có chiều dài bằng l0 với độ cứng đàn hồi bằng k. Một đầu cố định còn một đầu gắn vào vật tiến hành kéo ra một đoạn Δl. Khi đó, lực của đàn hồi sẽ bắt đầu xuất hiện trực tiếp tác động vào lò xo.
Khi tính được lực đàn hồi, mọi người có thể tính được thế năng đàn hồi của lò xo chịu tác dụng dựa vào công thức sau: Wđh= 0.5*k*x*2
Trong đó:
Wđh: thế năng đàn hồi, đơn vị là Jun
k: Độ cứng của lò xo (đơn vị N.m)
x: Độ biến dạng của lò xo (tính bằng m)
Ví dụ 1: Một lò xo đang nằm ngang với độ cứng k = 250 N/m, ta tác dụng trực tiếp khiến lò xo này bị dãn ra khoảng 2cm. Lúc này, thế năng đàn hồi của lò xo sẽ tính bằng 0.5*250*(200-2)*2 = 0.05 (j).
Ví dụ 2: Thanh lò xo nằm ngang có chiều dài k, độ cứng là 250N/m, lò xo bị kéo dãn 2 cm vậy lúc này thì công của lực đàn hồi sẽ là bao nhiêu?
Giải:
A = Wt2 – Wt1 = 0.5*250*(0.042 – 0.022) = 0.15 (j)
Lúc này công cần tìm sẽ là A’ = -A = -0.15 (J)
Thế năng tĩnh điện là gì?
Thế năng tĩnh điện được xem là một lực bảo toàn dạng tĩnh điện. Nó được tính dựa vào công thức φ = q*V. Trong đó, q là điện thế còn V là điện tích của vật xác định được.
Để có thể tính được q và V thì mọi người cần phải áp dụng công thức sau: F = q*E
Trên đây là tổng hợp kiến thức giúp mọi người hiểu rõ hơn thế năng là gì, công thức tính thế năng. Tùy thuộc vào mỗi loại thế năng khác nhau chúng ta lại có thể đưa ra phương pháp để tính toán chính xác nhất. Tuy nhiên, đây chỉ là những bài toán đơn giản dựa trên công thức còn ngoài ra sẽ có nhiều bài toán vật lý phức tạp hơn nhiều khi tính thế năng. Các bạn và các em học sinh hãy chăm chỉ luyện tập để có thể nắm vững dạng bài tập này nhé.
