Thế năng là gì? Công thức tính thế năng trong vật lý chính xác

Trong bộ môn vật lý lớp 10 chắc hẳn ai cũng sẽ phải học qua thế năng. Đây là một dạng bài tính toán tương đối khó với nhiều học sinh.

Để có thể giải được một bài toàn thế năng thì học sinh cần phải nắm vững các kiến thức. Cũng như áp dụng một cách chính xác.

Vậy thế năng là gì? Cách tính thế năng như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu chi tiết ngay bài viết sau đây.

Thế năng là gì?

Thế năng chỉ đơn thuần 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.

Thế năng là gì?

Hiện nay có hai dạng thế năng là thế năng đàn hồi và thế năng trọng trường. Mỗi loại đều có những đặc điểm riêng để có thể áp dụng và tính toán sao cho phù hợp.

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. Suy ra thế năng sẽ được tính bằng công thức: 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 mọi người cũng đã 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 mọi người 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, mọi người 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 2cm. 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 và 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

Trên đây là tổng hợp những thông tin giúp mọi người hiểu rõ hơn về thế năng là gì? Tùy thuộc vào mỗi loại thế năng khác nhau để mọi người có thể đưa ra phương pháp tính toán chính xác nhất.

Tuy nhiên, đây chỉ là những cách tính đơn giản dựa trên công thức. Ngoài ra sẽ có nhiều bài toán vật lý phức tạp hơn khi tính thế năng. Mà mọi người cần phải vận dụng nhiều công thức khác nhau để đưa ra được kết quả chính xác nhất.