Thế năng là gì? Tổng hợp các dạng thế năng và công thức tính (dễ hiểu nhất)

Trong chương trình Vật lý, thế năng là một trong những đại lượng quan trọng, được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và luôn tồn tại xung quanh chúng ta. Tuy nhiên, không phải ai cũng có thể hiểu rõ khái niệm và công thức xác định thế năng. Bài viết dưới đây sẽ tổng hợp những kiến ​​thức cần thiết liên quan đến thế năng, giúp học sinh nâng cao khả năng học tập và hiểu biết của bản thân để áp dụng vào học tập cũng như cuộc sống hàng ngày.

Bạn đang xem: Thế năng là gì? Tổng hợp các dạng thế năng và công thức tính (dễ hiểu nhất)

Trong chương trình Vật lý, thế năng là một trong những đại lượng quan trọng, được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và luôn tồn tại xung quanh chúng ta. Tuy nhiên, không phải ai cũng có thể hiểu rõ khái niệm và công thức xác định thế năng. Bài viết dưới đây sẽ tổng hợp những kiến ​​thức cần thiết liên quan đến thế năng, giúp học sinh nâng cao khả năng học tập và hiểu biết của bản thân để áp dụng vào học tập cũng như cuộc sống hàng ngày.

Bạn đang xem: Thế năng là gì? Tổng hợp các dạng thế năng và công thức tính (dễ hiểu nhất)

Năng lượng tiềm năng là gì?

Thế năng là một đại lượng vật lý quan trọng, biểu thị khả năng sinh công của vật trong những điều kiện nhất định. Nói một cách đơn giản, thế năng là một dạng năng lượng tồn tại bên trong một vật thể.

Các dạng thế năng phổ biến bao gồm thế năng đàn hồi của một lò xo bị kéo căng, thế năng hấp dẫn của một vật được xác định dựa trên khối lượng của nó và khoảng cách từ vị trí của nó đến trọng tâm của vật khác. và thế năng của điện tích trong điện trường.

Đơn vị của thế năng là joule. Ký hiệu: J

Thế năng hấp dẫn là gì?

Định nghĩa thế năng hấp dẫn

Lực hấp dẫn tồn tại xung quanh Trái đất. Lực hấp dẫn xảy ra khi một lực tác dụng lên bất kỳ vật thể nào có khối lượng m tại bất kỳ vị trí nào trong không gian có tồn tại lực hấp dẫn.

Ta có biểu thức xác định lực hấp dẫn tác dụng lên một vật có khối lượng m là:

P = mg (Trong đó P và m là hai đại lượng vectơ, g là gia tốc trọng trường hay còn gọi là gia tốc tự do)

Thế năng hấp dẫn của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa vật đó và Trái đất. Thế năng hấp dẫn phụ thuộc vào độ cao từ vật đến mặt đất hoặc đến bất kỳ vị trí nào được chọn làm mốc để tính độ cao.

Công thức tính thế năng hấp dẫn

Nếu tính thế năng của một vật có khối lượng m, đặt ở vị trí có độ cao z so với mặt đất (trong lực hấp dẫn của Trái Đất) thì công thức là:

Trong đó:

• Wt là thế năng của vật. Đơn vị: J

• m là khối lượng của vật. Đơn vị: kg

• z là độ cao từ vật đến mặt đất. Đơn vị: m

• g là gia tốc trọng trường. Đơn vị: m/s2

Lưu ý: Thế năng hấp dẫn là đại lượng vô hướng nên giá trị của nó có thể >0, = 0, hoặc

Mối quan hệ giữa sự thay đổi thế năng và công của trọng lực

Khi một vật chuyển động hấp dẫn từ vị trí M đến vị trí N thì công trọng trường của vật đó được xác định bằng độ chênh lệch thế năng hấp dẫn tại M và N.

Quan hệ: W(MN) = Wt(M) – Wt(N)

Chú ý: Trong quá trình chuyển động của vật dưới tác dụng của trọng lực:

• Khi vận tốc chuyển động của một vật giảm, đồng thời thế năng của vật giảm thì trọng lực sinh ra công dương (+).

• Khi vị trí của vật càng cao thì thế năng của vật càng tăng và trọng lực sinh ra công âm (-).

Thế năng đàn hồi là gì?

Công của lực đàn hồi

Một vật có thể thực hiện công khi nó bị biến dạng. Khi đó vật xuất hiện một dạng năng lượng gọi là thế năng đàn hồi.

Xét một lò xo bất kỳ có chiều dài l0, độ cứng k, một đầu của lò xo được gắn vào vật có khối lượng m, đầu kia cố định. Làm biến dạng lò xo thì chiều dài lò xo là l = l0 +Δl

Theo định luật Húc, ta có thể xác định lực đàn hồi tác dụng lên vật là:

Nếu chọn chiều dương (+) là chiều tăng dần của chiều dài lò xo thì độ lớn của phương trình là:

Xem thêm : Phép chia hai chữ số lớp 4: Bài tập và bí quyết học hay chính xác

F = -kl (F là đại lượng vectơ)

Mối quan hệ dùng để xác định công của lực đàn hồi làm vật trở về vị trí ban đầu (vị trí lò xo không biến dạng) là:

Định nghĩa thế năng đàn hồi

Dạng năng lượng do vật chịu tác dụng của lực đàn hồi được gọi là thế năng đàn hồi.

Công thức tính thế năng đàn hồi

Công thức xác định thế năng đàn hồi của lò xo ở trạng thái biến dạng có chiều dài Δl là:

Trong đó:

• Wdh là thế năng đàn hồi. Đơn vị: J

• k là độ cứng của lò xo. Đơn vị: Nm

• Δl là biến dạng của lò xo. Đơn vị: m

Thế năng tĩnh điện là gì?

Thế năng tĩnh điện là một trong những năng lượng được bảo toàn dưới dạng tĩnh điện.

Thế năng tĩnh điện được xác định theo công thức sau:

Trong đó:

Lưu ý: Để có thể tính được giá trị của q và V, bạn cần áp dụng công thức sau:

Trong đó:

• F là độ lớn của lực điện. Đơn vị: N

• E là cường độ điện trường. Đơn vị: V/m, N/C

• q là độ lớn của điện tích thử nghiệm. Đơn vị: C

Xem thêm: Kiến thức từ AZ về Force Moments không thể bỏ qua

Một số bài tập thế năng vật lý lớp 10 (có đáp án)

Dưới đây là một số bài tập Thế năng (Vật lý 10) giúp các bạn củng cố lý thuyết đã học ở trên.

Bài 1: Một vật có khối lượng 1,0 kg có thế năng 1,0 J so với mặt đất. Lấy g = 9,8 m/s^2. Khi đó vật ở độ cao bao nhiêu?

Xem thêm : Thao tác lập luận: Ôn thi phần Đọc – Hiểu THPT Quốc Gia môn Ngữ Văn

Hướng dẫn giải pháp:

Áp dụng công thức tính thế năng hấp dẫn, ta có: Wt = mgz

-> z=Wt/mg=1/1.9.8=0.102 (m)

Bài 2: Trong hình dưới đây, hai vật có cùng khối lượng đặt ở hai vị trí M và N sao cho MN nằm ngang. So sánh thế năng tại M và N.

Xem thêm : Thao tác lập luận: Ôn thi phần Đọc – Hiểu THPT Quốc Gia môn Ngữ Văn

Hướng dẫn giải pháp:

Vì MN nằm ngang nên nếu chọn cùng một điểm thế năng (ví dụ tại 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, một đầu cố định, đầu kia gắn vào một vật nhỏ. Khi lò xo bị nén đi 2 cm thì thế năng đàn hồi của hệ là bao nhiêu? Thế năng này có phụ thuộc vào khối lượng của vật không?

Xem thêm : Thao tác lập luận: Ôn thi phần Đọc – Hiểu THPT Quốc Gia môn Ngữ Văn

Hướng dẫn giải pháp:

Thế năng đàn hồi của vật là:

Thế năng này không phụ thuộc vào khối lượng của vật.

Bài 4: Hai vật có khối lượng m và 2m được đặt ở hai độ cao lần lượt là 2h và h. Tỉ số thế năng hấp dẫn của vật thứ nhất và vật thứ hai là bao nhiêu?

Xem thêm : Thao tác lập luận: Ôn thi phần Đọc – Hiểu THPT Quốc Gia môn Ngữ Văn

Hướng dẫn giải pháp:

Thế năng của vật 1 là: Wt1 = mg2.h = 2mgh

Thế năng của vật 2 là: Wt2 = mg2.h = 2mgh

Tỉ số thế năng hấp dẫn của vật thứ nhất và vật thứ hai là:

Wt1/Wt2=2mgh/2mgh=1

Bài 5: Một lò xo nằm ngang có độ cứng k = 250 N/m. Kéo căng lò xo ra khoảng 2 cm. Lúc này thế năng đàn hồi sẽ có giá trị bao nhiêu? Tính công của lực đàn hồi tại thời điểm này sẽ như thế nào?

Xem thêm : Thao tác lập luận: Ôn thi phần Đọc – Hiểu THPT Quốc Gia môn Ngữ Văn

Hướng dẫn giải pháp:

Bài 6: Một vật có khối lượng 3 kg được đặt vào một vị trí có trọng lực và có thế năng tại vị trí đó là Wt1 = 600 J. Thả vật rơi tự do xuống đất có thế năng là Wt2 = -900 J.

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

b. Xác định vị trí tương ứng với mức 0 của thế năng đã chọn.

c. Tìm vận tốc của vật khi nó đi qua vị trí đó.

Xem thêm : Thao tác lập luận: Ôn thi phần Đọc – Hiểu THPT Quốc Gia môn Ngữ Văn

Hướng dẫn giải pháp:

Một. Độ cao so với vị trí 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 của vật rơi so với mặt đất là:

z = z1+lz2l = 50 (m)

b. Vị trí ứng với mức thế năng bằng 0 được chọn cách vị trí thả vật 20m (phía dưới vị trí thả vật) và cách mặt đất 30m (cách mặt đất)

c. Vận tốc của vật khi đi qua vị trí được chọn làm gốc thế năng là:

Phần kết luận:

Trên đây là toàn bộ những kiến ​​thức liên quan đến bài Thế năng (Vật lý 10). Hy vọng với những kiến ​​thức mà Khỉ đã cung cấp, các bạn có thể hiểu rõ hơn về định nghĩa và công thức xác định thế năng để áp dụng tốt trong công việc cũng như trong cuộc sống.

Nguồn: https://truongnguyentatthanh.edu.vn
Danh mục: Giáo dục