Thế năng là gì? Công thức thế năng? Tính các loại thế năng?

Tiềm năng là gì? Thế năng đàn hồi là gì? Tiềm năng hấp dẫn? Tiềm năng tĩnh điện? Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng áp dụng cho thế năng như thế nào? Bài tập ứng dụng?

Thế năng là một phần quan trọng trong chương trình Vật lý. Tuy nhiên, nhiều học sinh gặp khó khăn trong phần này. Hôm nay hãy cũng chúng tôi tìm hiểu về nội dung này trong bài viết dưới đây.

1. Thế năng là gì?

Thế năng là một đại lượng trong vật lý. Thế năng thể hiện khả năng sinh công của một vật và nó tồn tại dưới dạng năng lượng.

Trong vật lý, tên tiếng anh là potential energy, có thể hiểu theo nghĩa đen: thế năng là dạng năng lượng mà một vật có được do vị trí của nó bằng 0 so với các vật khác, thế năng phát sinh do sức nén bên trong, điện tích hoặc do các yếu tố khác .

Ba dạng năng lượng tiềm năng phổ biến bao gồm:

Đầu tiên, Thế năng hấp dẫn của một vật phụ thuộc vào khối lượng của vật kia;

Thứ hai, Thế năng đàn hồi của lò xo;

Thứ ba, Thế năng của điện tích trong điện trường.

3 dạng thế năng này đều sử dụng đơn vị đo năng lượng – Hệ thống đo lường quốc tế (SI): Jun, có ký hiệu là J.

2. Thế năng đàn hồi là gì?

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

Xét một lò xo I0 có độ cứng đàn hồi đo bằng k. Gồm một đầu cố định và một đầu gắn vật, kéo một đoạn cố định có chiều dài ΔI. Khi đó lực đàn hồi xuất hiện trực tiếp lò xo tác dụng lên vật. Chiều dài của lò xo sau khi kéo được tính là I = I0 + ΔI, lực đàn hồi tác dụng vào vật tuân theo định luật là:


Nếu chiều dương của lò xo là chiều tăng của chiều dài lò xo thì lực sẽ là:

the-nag-la-gi TKV
Công thức tính lực đàn hồi có tác dụng đưa vật trở lại vị trí không biến dạng của lò xo là:


Sau khi tính được lực đàn hồi ta có thể áp dụng công thức sau để tính thế năng dung tích độ đàn hồi của lò xo.

3. Thế năng trọng trường:

Cơ năng của 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 được gọi là thế năng trọng trường và cũng có thể gọi là thế năng trọng trường. Ví dụ viên đạn đang bay hay quả mít đang đậu trên cây, v.v.

Xem thêm bài viết hay:  Mở bài Người lái đò sông Đà (trực tiếp, gián tiếp, nâng cao) hay

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

Wt= mgz

Phía trong:

khối lượng: Thế năng của vật tại vị trí z, đơn vị đo là joule (J).
tôi: Là khối lượng của vật (kg)
z: Là độ cao của vật so với mặt đất

Đặc điểm nổi bật của thế năng hấp dẫn là nó là một đại lượng vô hướng, có thể dao động trong khoảng >0=0 hoặc <0. Sự biến đổi thế năng và công của trọng trường là khi một vật bắt đầu chuyển động từ vị trí A đến vị trí B. Công của trọng lực của vật sẽ được tính bằng hiệu số thế năng của trọng trường tại hai vị trí đó. Công thức: AAB = Wt (tại A) – Wt (tại B).

4. Thế tĩnh điện:

Tiềm năng tĩnh điện là năng lượng cần thiết để chuyển một tích điện trong điện trường. Bạn cần nhiều năng lượng hơn để di chuyển một điện tích xa hơn trong điện trường đó, nhưng cũng có thể cần nhiều năng lượng hơn để di chuyển nó qua một điện trường mạnh hơn.

Để tìm thế năng tĩnh điện giữa hai điện tích, chúng ta nhân K – hằng số điện tích với một trong hai điện tích, sau đó nhân với điện tích kia và chia cho khoảng cách giữa chúng.

5. Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng áp dụng cho thế năng như thế nào?

Khái niệm năng lượng dần dần được mở rộng để bao gồm các dạng năng lượng khác nhau. Khi cơ thể chậm lại, động năng dần dần biến mất khi nó di chuyển lên trên so với trọng lực và được coi là đã được chuyển đổi thành thế năng, sau đó được chuyển đổi trở lại thành động năng khi cơ thể tăng tốc. quay lại lần nữa. Trên thực tế, sự chuyển hóa thế năng đó là gì?

Ví dụ, khi một con lắc dao động lên trên, động năng được chuyển hóa thành thế năng. Khi con lắc dừng ở đỉnh của vòng dao động thì động năng bằng không và toàn bộ cơ năng đều ở dạng thế năng.

Xem thêm bài viết hay:  Thái tuế là gì? Tuổi phạm Thái tuế năm nay và cách hóa giải?

Khi con lắc quay trở lại, thế năng được chuyển hóa trở lại thành động năng. Tại mọi dao động tổng thế năng và động năng không đổi. Tuy nhiên, lực ma sát làm dao động chậm lại và tiêu hao dần tổng năng lượng của chúng.

Vào những năm 1840, người ta kết luận rằng khái niệm năng lượng có thể mở rộng và bao gồm nhiệt sinh ra do ma sát. Do đó, đại lượng thực sự được bảo toàn là tổng động năng, thế năng và nhiệt năng.

Năng lượng không tự sinh ra cũng không tự mất đi mà chỉ chuyển hóa từ thế năng sang động năng rồi nhiệt năng.

6. Bài tập áp dụng:

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

một. Từ A đến B.

b. Từ B đến C.

c. Từ A đến D.

đ. Từ A đến E.

Hướng dẫn:

một. Từ A đến B:

Wt = mg(hGỠ BỎ– HMột ) = 2,8.10.(3-6)= -84J

b. Từ B đến C:

Wt = mg(h – HGỠ BỎ ) = 2,8.10.(4-3)= 28J

c. Từ A đến D:

Wt = mg(hDỄ DÀNG – HMột ) = 2,8.10.(1,5-6)= -126J ⇒ thế năng giảm.

đ. Từ A đến E:

Wt = mg(he – HMột ) = 2,8.10.(7-6) = 28J

Bài 2: Một vật có khối lượng 3kg được đặt tại một vị trí trong trọng trường và có thế năng tại đó Wt1 = 500 J. Thả một vật rơi tự do xuống đất có thế năng Wt2 = -900J.

một. Hỏi vật rơi từ độ cao bao nhiêu so với mặt đất.

b. Xác định vị trí ứng với điểm không của thế năng đã chọn.

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

Hướng dẫn:

Vật lý lớp 10 |  Chuyên đề: Lý thuyết và bài tập Vật Lý 10 có đáp án

Theo đề bài thế năng tại mặt đất là -900J => Không chọn mặt đất làm mốc

Giả sử chọn mốc thế năng tại vị trí O h . trên mặt đất2 (m)

Chọn chiều dương hướng lên.

một. Ta có: Wt2 = mgh2 => h2 = Vật lý lớp 10 |  Chuyên đề: Lý thuyết và bài tập Vật Lý 10 có đáp án

= -30(m)

=> Mặt đất thấp hơn mốc 30m theo chiều âm.

Tại vị trí có Wt1 = 500J ở độ cao

Wt1 = mghđầu tiên => hđầu tiên = Vật lý lớp 10 |  Chuyên đề: Lý thuyết và bài tập Vật Lý 10 có đáp án

17(m)

=> Độ cao toàn phần của vật so với mặt đất là h = hđầu tiên + h2 = 30 + 17 = 47(m)

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

c. Vận tốc tại vị trí mốc thế năng đã chọn

tôi có :v2 – v2 = 2.ghđầu tiên => v = Vật lý lớp 10 |  Chuyên đề: Lý thuyết và bài tập Vật Lý 10 có đáp án

= 18,25m/s

Bài 3: Một vật có khối lượng m = 6kg được đặt tại một vị trí trong trọng trường và có thế năng tại vị trí đó bằng W.t1 = 720 J. Thả vật xuống đất, tại đó thế năng của nó là Wt2 = – 240 J. Lấy g = 10 m/s2.

Xem thêm bài viết hay:  Tập làm văn lớp 4: Hãy viết thư cho ông bà nhân dịp năm mới

một. Vật rơi xuống đất từ ​​độ cao nào?

b. Xác định nơi nguồn năng lượng tiềm năng đã được chọn.

c. Tìm vận tốc của vật khi đi qua gốc thế năng.

Hướng dẫn:

Vật lý lớp 10 |  Chuyên đề: Lý thuyết và bài tập Vật Lý 10 có đáp án

Theo đề bài thế năng tại mặt đất là -240J => Không chọn mặt đất làm mốc

Giả sử chọn mốc thế năng tại vị trí O h . trên mặt đất2 (m)

Chọn chiều dương hướng lên.

một. Chúng ta có:

Wt2 = mgh2 => h2 = Vật lý lớp 10 |  Chuyên đề: Lý thuyết và bài tập Vật Lý 10 có đáp án

= -4(m)

=> Mặt đất thấp hơn mốc 4m theo chiều âm.

Tại vị trí có Wt1 = 720J ở độ cao

Wt1 = mghđầu tiên => hđầu tiên = Vật lý lớp 10 |  Chuyên đề: Lý thuyết và bài tập Vật Lý 10 có đáp án

12(m)

=> Độ cao toàn phần của vật so với mặt đất là h = hđầu tiên + h2 = 4 + 12 = 16(m)

b. Vị trí ứng với mốc thế năng đã chọn là 12(m).

c. Vận tốc tại vị trí mốc thế năng đã chọn

tôi có :v2 – v2 = 2.ghđầu tiên => v = Vật lý lớp 10 |  Chuyên đề: Lý thuyết và bài tập Vật Lý 10 có đáp án

15,5 mét/giây

Bài 4: Một cần trục nâng một thùng hàng có khối lượng 420 kg từ mặt đất lên độ cao 3 m (tính theo chuyển động của khối tâm thùng), rồi đổi chiều và hạ thùng hàng này xuống sàn một ô tô tải lúc chiều cao 1,25 m so với mặt đất.

một. Tìm thế năng của thùng trong trọng trường ở độ cao 3 m. Tính công thực hiện bởi động lực (lực căng của dây cáp) để nâng hộp lên độ cao này.

b. Tìm độ biến thiên thế năng khi hạ thùng từ độ cao 3 m xuống sàn ô tô. Công của trọng lực có phụ thuộc vào cách thùng được di chuyển giữa hai vị trí đó không? Tại sao?

Hướng dẫn:

một. Thế năng của thùng: Wt = mgz = 420.10,3 = 12600 (J).

Coi thùng được nâng lên đều, lực sinh ra bằng trọng lực. Độ giảm thế năng bằng công của trọng trường:

Wt – 0 = – AP.

Công của lực phát động: AF = – MộtP = Wt = 12600 (J).

b. Độ biến thiên thế năng khi hạ thùng xuống sàn xe:

W = W2 – Wđầu tiên = mg(h2 – Hđầu tiên ) = 420.10.(1.25-3) = -7350 (J)

Trong trường hợp này thế năng giảm.

Công của trọng lực không phụ thuộc vào chiều chuyển động của thùng giữa hai vị trí vì trọng lực là lực thế, công của nó chỉ phụ thuộc vào độ chênh lệch độ cao giữa vị trí đầu và vị trí cuối chứ không phụ thuộc vào dạng đường đi. .

Chuyên mục: Bạn cần biết

Nhớ để nguồn bài viết: Thế năng là gì? Công thức thế năng? Tính các loại thế năng? của website thcstienhoa.edu.vn

Viết một bình luận