Trong bộ môn Vật lý, chúng ta được học nhiều loại đại lượng khác nhau. Một trong số đó phải kể đến thế năng. Thế năng thể hiện cho khả năng sinh công của các vật và nó tồn tại dưới dạng năng lượng. Vậy Thế năng là gì?
Contents
Thế năng là gì?
Thế năng là một đại lượng trong bộ môn vật lý học, thể hiện cho khả năng sinh công của các vật và nó tồn tại dưới dạng năng lượng.
Hiện nay, có 2 dạng thế năng đó chính là thế năng đàn hồi và trọng trường. Mỗi loại đều có những đặc điểm khác nhau, vì vậy cần phải tính áp dụng đúng công thức để tính toán được phù hợp.
Trong cơ học, thế năng là trường thế vô hướng của trường véctơ lực bảo toàn. Cũng như mọi trường thế vô hướng, thế năng có giá trị tùy theo quy ước thế năng của điểm lấy mốc. Đôi khi, khái niệm hiệu thế năng thường được dùng khi so sánh thế năng giữa hai điểm, hoặc nói về thế năng của một điểm khi lấy điểm kia là mốc có thế năng bằng 0.
Thế năng không chỉ là một đại lượng vật lý mà ngoài ra nó còn được ứng dụng và sử dụng phổ biến trong đời sống. Để có thể giải được các bài toán về thế năng thì cần phải nắm rõ các lý thuyết và các khái niệm của nó, để xác định được loại thế năng cũng như áp dụng đúng công thức tính toán.
Thế năng trọng trường là gì?
Thế năng trọng trường đơn thuần nói về trọng trường của một vật. Đây được xem là năng lượng tương tác giữa vật và Trái Đất. Phụ thuộc vào chính 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. Với độ cao của vị trí tương ứng so với trọng trường trái đất tính là z. Như vậy, công thức tính thế năng trong trường sẽ như sau:
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. Điều này giúp 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?
Như chúng ta đều biết, 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 có thể tính được dạng thế công này. Trước tiên chúng ta cần 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, chúng ta 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 2 cm. 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. Chỉ cần biết một số dữ liệu thì các dữ liệu khác đưa ra hoàn toàn có thể tính toán được.
Thế năng tĩnh điện là gì?
Đây được xem là một lực bảo toàn dưới dạng tĩnh điện. Được tính dựa vào công thức:
φ = q V
Trong đó:
+ q là điện thế
+ 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
Khi có những bài tập liên quan đến thế năng thì cần phải xác định đúng loại và áp dụng đúng công thức và phương pháp để tính toán ra kết quả đúng nhất.
Trên đây là nội dung bài viết về Thế năng là gì. Chúng tôi hi vọng rằng những chia sẻ từ bài viết sẽ hữu ích và giúp quý bạn đọc hiểu rõ được nội dung này. Nếu có thắc mắc về vấn đề này xin vui lòng liên hệ chúng tôi để được giải đáp. Xin cảm ơn!
