Thế năng là gì, công thức tính thế năng trong vật lý chính xác

Thế năng là gì?

Thế năng là một đại lượng trong vật lý học, biểu thị khả năng sinh công của một vật, tồn tại dưới dạng năng lượng. Hiện nay, có hai loại thế năng: thế năng đàn hồi và thế năng hấp dẫn. Mỗi loại có đặc điểm và công thức tính toán riêng.

Bạn Đang Xem: Thế năng là gì, công thức tính thế năng trong vật lý chính xác

Thế năng đàn hồi

Một vật có khả năng sinh công khi nó có khả năng biến dạng do một tác động nào đó. Đây được coi là một dạng năng lượng được gọi chung là thế năng đàn hồi. Để tính thế năng đàn hồi trước hết phải tính công của lực đàn hồi.

Xét một lò xo kích thước i0 có độ cứng đàn hồi được đo bằng k. Một đầu cố định, đầu kia gắn vào vật rồi kéo một đoạn Δi cố định. Khi đó lực đàn hồi sẽ trực tiếp xuất hiện trên lò xo, tác dụng lên vật. Chiều dài của lò xo sẽ ​​được tính là i = i0 + Δi và theo định luật liên kết đối đầu thì lực lò xo tác dụng lên vật sẽ là:

Nếu chọn chiều dương là chiều dài lò xo tăng thì

Công thức tính lực đàn hồi để đưa vật về vị trí ban đầu lò xo không biến dạng là:

Khi tính lực đàn hồi của lò xo, ta có thể áp dụng công thức sau để tính lực đàn hồi của lò xo. Công thức thế năng đàn hồi:

wđh = 0.5.k.x2

Ở đâu:

• wđh: thế năng đàn hồi, đơn vị j
• k: là độ cứng của lò xo (n.m)
• x: độ biến dạng của lò xo (m)

Câu hỏi bài tập

Ví dụ 1: Một lò xo nằm ngang có độ cứng k = 250 n/m, tác dụng trực tiếp làm lò xo dãn ra một đoạn 2 cm. Bây giờ, thế năng đàn hồi của nó sẽ được tính?

Người chiến thắng:

wđh = 0,5.k.x2 = 0,5.250. (200-2)2 = 0,05 (j).

Người chiến thắng:

a = wt2 – wt1 = 0,5.250. (0,042 – 0,022) = 0,15 (j)

Xem Thêm: Dao động tắt dần là gì, dao động cưỡng bức, dao động duy trì

Công việc thu được bây giờ bằng a’ = -a = -0,15 (j)

Ví dụ 3: Nếu thế năng của vật là 2kg thì vật ở đáy giếng sâu khoảng 10m và có vận tốc g = 10m/s2. Nguồn gốc tiềm năng của Trái đất hiện tại là gì?

Giải:a = wt – wt0 → wt = m.g.z = 2,10. (-10) = -200 (j)

Theo các ví dụ trên, tùy theo yêu cầu khác nhau mà cần áp dụng các công thức khác nhau để tính toán chính xác. Biết một số dữ liệu, dữ liệu khác có thể được tính toán.

Thế năng trọng trường

Xem Thêm : Top 10 Bài văn phân tích tác phẩm “Chiều tối” của Hồ Chí Minh hay

Trọng lực

Luôn có một trường hấp dẫn xung quanh Trái đất. Biểu hiện của lực hấp dẫn là lực hấp dẫn tác dụng lên vật có khối lượng m thì tại mọi vị trí trong không gian đều có lực hấp dẫn.

Công thức tính trọng lực của một vật có khối lượng m là:

Trong một không gian không quá rộng, nếu các gia tốc trọng trường tại mỗi điểm song song, cùng phương, cùng độ lớn thì không gian đó gọi là trọng trường đều.

Thế năng hấp dẫn

Cơ năng của một vật sẽ phụ thuộc vào độ cao của vật so với mặt đất hoặc vị trí khác được chọn làm mốc để tính độ cao, đó gọi là thế năng trọng trường, cũng có thể gọi là thế năng trọng trường. Ví dụ đạn bay, mít đậu trên cây v.v.

Hiểu một cách đơn giản, thế năng trọng trường là dạng năng lượng tương tác giữa trái đất và một vật thể, nó phụ thuộc vào vị trí của vật thể đó trong trọng trường. Nếu chọn gốc thế năng của một vật đặt trên mặt đất có khối lượng m. Độ cao của vị trí tương ứng so với trọng lực của trái đất là z. Khi đó công thức tính thế năng trọng trường sẽ là:

wt= m.g.z.

Ở đâu:

• wt: thế năng của vật tại vị trí z, đơn vị đo là Joule (j)
• m: là khối lượng của vật (kg)
• z: độ cao của đối tượng tính từ mặt đất

Đặc điểm nổi bật của thế năng hấp dẫn là nó là một đại lượng vô hướng có thể nằm trong khoảng từ >0=0 hoặc <0. Sự thay đổi thế năng và công hấp dẫn là khi một vật bắt đầu chuyển động từ vị trí a đến b. Công của trọng lực của một vật thể sẽ được tính bằng hiệu thế năng của năng lượng hấp dẫn tại hai vị trí. Công thức: aab = wt (a) – wt (b)

Xem Thêm: Bài thơ Ngắm trăng (Hồ Chí Minh) | Ngữ văn lớp 8 – VietJack.com

Trong trường hợp một vật rơi dưới tác dụng của trọng lực, hiện tượng thế năng bị giảm và chuyển thành công, giúp vật ra khỏi tự do. Hộp được ném khỏi mốc thế năng giúp lực ném được chuyển hóa thành công, đồng thời cản trở trọng trường cho đến khi trọng lực giúp vật rơi tự do.

Câu hỏi bài tập

Ví dụ 1: Một ô tô có khối lượng m = 2,8 kg chuyển động trên một đường cong như hình vẽ. Độ cao của các điểm a, b, c, d, e được tính so với mặt đất và có giá trị như sau: ha = 6 m, hb = 3 m, hc = 4 m, hd = 1,5 m, he = 7 m. Lấy g = 10 m/s2.

Tính độ biến thiên thế năng của trọng lượng của xe khi xe chuyển động:

A. từ A đến B.

Từ b đến c.

Từ a đến d.

Từ a đến e.

Hướng dẫn:

A. Từ a đến b:

Xem Thêm : Mẫu Đơn xin miễn, giảm học phí dành cho học sinh, sinh viên

Δwt = m.g.(hb- ha ) = 2,8.10.(3-6)= -84j

Từ b đến c:

Δwt = m.g.(hc – hb ) = 2,8.10.(4-3)= 28j

Từ a đến d:

Δwt = m.g.(hd – ha ) = 2,8.10.(1,5-6)= -126j ⇒ thế năng giảm.

Xem Thêm: Top 20 game kinh dị hay nhất mọi thời đại trên máy tính PC, Console

Từ a đến e:

Δwt = m.g.(he – ha ) = 2,8.10.(7-6) = 28j

Ví dụ 2: Một vật có khối lượng 3 kg đang ở trạng thái trọng trường có thế năng wt1 = 500 j. Một vật rơi tự do rơi xuống đất với thế năng wt2 = -900 j.

A. Hỏi vật sẽ rơi từ độ cao nào.

Xác định vị trí tương ứng của thế năng bằng không đã chọn.

Tìm vận tốc của vật khi đi qua vị trí này.

Hướng dẫn:

Theo câu hỏi thì thế năng của mặt đất là -900j =>; mặt đất không được chọn làm mốc thế năng

Giả sử rằng tham chiếu tiềm năng được chọn ở o h2 (m) so với mặt đất.

Lên chọn chiều dương.

=>Tổng độ cao của vật tính từ mặt đất là h = h1 + h2 = 30 + 17 = 47(m)

Vị trí tương ứng với mốc thế năng đã chọn là 17(m)

Vận tốc tại vị trí đã chọn của điểm đánh dấu tiềm năng

Xuất bản bởi thpt sóc trăng

Danh mục: Chung