Thế năng là một trong những kiến thức quan trọng mà chúng ta đã được học trong chương trình Vật Lý lớp 10. Việc nắm bắt chắc kiến thức về thế năng và các công thức tính thế năng sẽ giúp các em học sinh giải quyết các bài toán về thế năng nhanh chóng và chính xác. Vậy thế năng là gì? Cùng Palada.vn tìm hiểu nhé!
Tóm tắt
Khái niệm thế năng là gì? Cho ví dụ
Định nghĩa thế năng là biểu hiện cho khả năng sinh công của vật trong một số điều kiện nhất định. Hiểu đơn giản, thế năng chính là một dạng năng lượng tồn tại bên trong của vật thể.
Đơn vị của thế năng là Jun. Kí hiệu là J
Có mấy loại thế năng?
Có 2 loại thế năng được biết đến và sử dụng nhiều nhất là thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi.
Thế năng trọng trường là gì?
Trọng trường tồn tại xung quanh Trái Đất, xuất hiện khi có một trong lực tác dụng lên một vật bất kỳ có khối lượng m tại vị trí bất kỳ trong không gian tồn tại trọng trường. Đơn vị thế năng trọng trường là J
Thế năng trọng trường của vật được xác định theo công thức là:
P = m.g
- P và m là 2 đại lượng vectơ
- g là gia tốc trọng trường hay còn được gọi là gia tốc tự do
Thế năng trọng trường của vật là dạng năng lượng tương tác giữa vật đó và Trái Đất. Thế năng trọng trường sẽ phụ thuộc vào độ cao tính từ vật đến mặt đất hoặc đến 1 vị trí bất kỳ được chọn làm mốc để tính độ cao. Vậy, cách tính thế năng trọng trường như thế nào? Chúng ta cần áp dụng công thức sau đây.
Công thức tính thế năng trọng trường
Khi tính thế năng của vật có khối lượng m, được đặt tại vị trí có độ cao z so với mặt đất, ta có công thức tính thế năng trọng trường như sau:
Wt = m.g.z
Trong đó:
- Wt là thế năng của vật. Đơn vị: J
- m là khối lượng của vật. Đơn vị: kg
- z là độ cao tính từ vật đến mặt đất. Đơn vị: m
- g là gia tốc trọng trường. Đơn vị: m/s2
Lưu ý: Thế năng trọng trường là đại lượng vô hướng, vì vậy giá trị của nó có thể >0, =0, <0.
Thế năng đàn hồi là gì?
Khi một vật bị biến dạng do tác động nào đó thì ta nói vật đó có khả năng sinh công. Năng lượng này được gọi chung là thế năng đàn hồi. Để có thể tính được thế năng đàn hồi thì cần phải tính được công của lực đàn hồi.
Xét lò xo có chiều là I0 với độ cứng đàn hồi được là k. Bao gồm một đầu cố định một đầu gắn vào vật, tiến hành kéo một đoạn cố định là ΔI. Khi đó, lực đàn hồi xuất hiện khi lò xo tác động vào vật. Độ dài của lò xo sau khi kéo giãn được tính là I = I0 + ΔI, lực đàn hồi tác dụng vào vật theo định luật Húc là:
Công thức tính lực đàn hồi giúp đưa vật trở về vị trí khi lò xo không biến dạng là:Sau khi tính toán được lực đàn hồi, chúng ta có thể áp dụng công thức sau để tính thế năng lực đàn hồi của lò xo.
Công thức tính thế năng đàn hồi
Wđh = 0.5.k.x 2
Trong đó:
- Wđh: Thế năng đàn hồi, được tính theo đơn vị J – Jun
- k: độ cứng lò xo (N.m)
- x: Độ biến dạng lò xo ( đơn vị m)
Ví dụ bài tập thế năng vật lý 10 (có đáp án)
Cùng thực hành giải các bài tập về thế năng để củng cố lại kiến thức lý thuyết bên trên nhé!
Bài 1: Một vật khối lượng 1 kg có thế năng 1 J đối với mặt đất. Lấy g = 9,8 m/s^2. Khi đó, vật ở độ cao bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
Áp dụng công thức tính thế năng trọng trường, ta có: Wt = m.g.z
=> z=Wt/m.g=1/1.9,8=0,102 (m)
Bài 2: Trong hình dưới đây, 2 vật cùng khối lượng nằm ở hai vị trí M và N sao cho MN nằm ngang. So sánh thế năng tại điểm M và tại N.
Hướng dẫn giải:
Vì MN nằm ngang nên nếu chọn cùng 1 mốc thế năng (ví dụ tại điểm O) thì thế năng của vật tại M và tại N là như nhau.
Bài 3: Lò xo có độ cứng k = 200 N/m, 1 đầu cố định, đầu kia gắn với vật nhỏ. Khi lò xo bị nén 2 cm thì thế năng đàn hồi của bằng bao nhiêu? Thế năng này có phụ thuộc khối lượng của vật không?
Hướng dẫn giải:
Thế năng đàn hồi của vật là:
Thế năng này sẽ không phụ thuộc vào khối lượng của vật.
Bài 4: Một vật có khối lượng 3 kg được đặt ở trong trọng trường và có thế năng tại vị trí đó là Wt1 = 600 J. Thả rơi tự do đến mặt đất có thế năng Wt2 = -900 J.
- Hỏi vật đã rơi từ độ cao nào so với mặt đất?
- Xác định vị trí ứng với mức 0 của thế năng đã chọn.
- Tìm vận tốc của vật khi vật rơi qua vị trí này.
Hướng dẫn giải:
- Độ cao so với vị trí chọn mốc thế năng là:
z1 = Wt1/mg = 20 (m)
Vị trí của mặt đất so với vị trí mốc thế năng:
z2 = Wt2/mg = -30 (m)
Độ cao từ vị trí vật rơi so với mặt đất là:
z = z1+lz2l = 50 (m)
- Vị trí ứng với mức 0 của thế năng được chọn cách vị trí thả vật (ở phía dưới vị trí thả vật) 20m và cách mặt đất 30m
- Vận tốc của vật khi đi qua vị trí chọn làm gốc thế năng là:
Khối lượng riêng là gì? Đơn vị đo, công thức tính khối lượng riêng
Hiệu điện thế là gì? Tìm hiểu công thức tính, ký hiệu, đơn vị đo
Với những kiến thức về thế năng là gì mà bài viết vừa cung cấp cùng những bài tập minh họa vô cùng dễ hiểu, hy vọng các bạn học sinh sẽ nắm chắc phần kiến thức quan trọng về thế năng này. Để từ đó, thực hành vận dụng giải các bài tập chính xác và có kết quả học tập tốt nhất nhé!
