Thế năng là gì? Công thức tính thế năng là như thế nào. Trong bộ môn vật lý lớp 10 chắc hẳn bạn nào cũng sẽ phải học qua thế năng. Đây là một dạng bài tính toán được cho là tương đối khó với nhiều học sinh. Hãy cùng tìm hiểu công thức chi tiết nhất trong bài viết sau đây của chúng tôi nhé.
Xem thêm:
- Công thức cấu tạo của Axetilen và bài tập về Axetilen có lời giải
- Isopren là gì? Công thức cấu tạo của Isopren? Bài tập về Isopren
- Cách tính phần trăm phiếu bầu đơn giản và chính xác nhất
Thế năng là gì?
Trước khi tìm hiểu công thức tính thế năng ta phải tìm hiểu xem thế năng là gì. Thế năng được hiểu chỉ đơn thuần là một 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 đó là thế năng đàn hồi và thế năng trọng trường. Mỗi loại đều có những đặc điểm riêng biệt để có thể áp dụng và tính toán công thức tính thế năng sao cho phù hợp nhất. Đầu tiên ta đi tìm hiểu về thế năng trọng trường.
Thế năng trọng trường là gì?
Thế năng trọng trường đơn thuần là nói về trọng trường của một vật. Đây còn được coi là năng lượng tương tác giữa vật và Trái Đất. Nó còn phụ thuộc vào chính vị trí của vật tồn tại trong trọng trường.
Nếu chọn thế năng của một 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 được tính là z. Suy ra công thức tính thế năng sau:
Wt= m.g.z.
Trong đó là:
- Wt: được gọi là thế năng của vật được đặt tại vị trí z (đơn vị Jun (J)).
- m: là khối lượng của vật (kg)
- z: chính là độ cao của vật so với mặt đất.
Đặc điểm riêng của thế năng trọng trường chính là đại lượng vô hướng, nó có thể rơi vào khoảng >0 =0 hoặc <0
Sự liên kết của biến thiên thế năng và công của trọng lực là khi có một vật bắt đầu di chuyển từ vị trí A cho đến vị trí B. Công của trọng lực của một vật sẽ được tính bằng hiệu thế năng của trọng trường ở tại hai vị trí này.
Cụ thể là: AAB = Wt (ở A) – Wt (ở B)
Trường hợp vật rơi bởi chính lực hấp dẫn sẽ dẫn đến hiện tượng thế năng bị giảm và chuyển thành công để vật rơi tự do.
Ngoài ra, trong trường hợp vật được ném lên từ mốc thế năng. Điều này giúp cho lực ném chuyển thành công. Cũng như cản trở trọng lực đến khi trọng lực giúp cho vật rơi tự do.
Thế năng đàn hồi là gì?
Để hiểu hơn về công thức tính thế năng ta sẽ phải tìm hiểu về thế năng đàn hồi. Khi một vật có khả năng bị biến dạng do một tác động nào đó đều có thể sinh ra công. Đây được xem là một dạng năng lượng gọi với cái tên là thế năng đàn hồi. Để có thể tính được dạng thế năng này đầu tiên bạn phải tính được công của lực đàn hồi.
Khi xét một lò xo có chiều là l0 với độ cứng đàn hồi tính bằng k. Một đầu cố định và một đầu gắn vào vật tiến hành kéo ra một đoạn cố định được gọi 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 sau:
Khi tính toán công thức tính thế năng lực đàn hồi, mọi người có thể tính được thế năng lực đàn hồi của một vật chịu tác dụng dựa vào công thức tính thế năng sau:
Wđh= 0.5.k.x2
Khi đó:
- Wđh: được gọi là thế năng đàn hồi có đơn vị là J
- k: là độ cứng của lò xo (N.m)
- x: được gọi là độ biến dạng của lò xo (m)
Ví dụ : một lò xo nằm ngang có độ cứng k = 250 N/m, tác dụng trực tiếp khiến lò xo bị dãn ra tầm khoảng 2cm. Lúc này, thế năng đàn hồi của nó sẽ được tính bằng 0.5.250. (200-2)2 = 0.05 (j).
Công thức tính thế năng của con lắc đơn dễ hiểu nhất
Con lắc đơn được hiểu là một hệ thống gồm 1 vật nhỏ có khối lượng là m, treo tại 1 sợi dây không đàn hồi có độ dài gọi là l, khối lượng không đáng kể.
Công thức tính thế năng của con lắc đơn gồm một vật nhỏ khối lượng m, treo ở đầu dưới của một sợi dây không dãn, khối lượng không đáng kể, chiều dài l, đầu trên sợi dây được treo vào một điểm cố định.
Công thức tính thế năng của con lắc đơn tại li độ góc α
Một số bài tập áp dụng công thức tính thế năng
Bài 1: Tính thế năng của con lắc đơn ở một vị trí bất kì (li độ góc α) và thử lại rằng cơ năng không đổi trong chuyển động.
Lời giải:
Thế năng Wt của con lắc đơn là thế năng của vật chịu tác dụng của trọng lực, nếu chọn vị trí cân bằng O làm gốc thì thế năng khi vật ở vị trí M có li độ α là:
Trong đó s = l.α là độ dài đại số của cung OM.
Bài 2: Một con lắc lò xo dao động điều hòa. Lò xo có độ cứng k = 40 N/m. Khi vật m của con lắc đi qua vị trí có li độ x = – 2cm thì thế năng của con lắc là bao nhiêu?
A. – 0,016 J
B. – 0,008 J
C. 0,016 J
D. 0,008 J
Lời giải:
Wt=1/2k=1/2*40*
=> Wt=0,008J
Đáp án đúng là: D.
Hi vọng với các công thức tính thế năng bên trên sẽ giúp các bạn học sinh đạt điểm cao trong khi làm bài tập. Đây là các công thức rất cần thiết trong môn học vật lý, các bạn cần phải học thuộc lòng nữa đó. Chúc bạn học tập thật giỏi và thành công nhé!