Thế Năng Là Gì? Công Thức Tính Thế Năng Trọng Trường Và Thế Năng Đàn Hồi

Thế năng là một trong những kiến thức quan trọng về cơ học trong chương trình vật lý lớp 10. Nắm được kiến thức về thế năng và các công thức tính toán sẽ giúp các em học sinh giải quyết các bài toán về động năng, thế năng và cơ năng một cách dễ dàng, nhanh chóng và chính xác. Vậy thế năng là gì? Công thức tính thế năng trọng trường và đàn hồi như thế nào? Hãy cùng Team Marathon Education tìm hiểu ngay những kiến thức này qua bài viết sau nhé.

Thế năng là gì?

Thế năng là một trong những đại lượng vật lý quan trọng. Đại lượng này biểu hiện khả năng sinh công của một vật trong một số điều kiện nhất định. Nói cách khác, thế năng chính là một dạng năng lượng tồn tại bên trong vật thể. Có 3 loại thế năng: thế năng trọng trường, thế năng đàn hồi và thế năng tĩnh điện.

Tuy nhiên, trong chương trình vật lý lớp 10, các em sẽ chỉ tìm hiểu về 2 loại thế năng phổ biến. Đó là thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi. Mỗi loại đều có khái niệm, đặc điểm và công thức tính toán riêng.

Thế năng trọng trường là gì? Công thức tính thế năng trọng trường

Định nghĩa thế năng trọng trường

Thế năng trọng trường gắn liền với trọng trường của Trái Đất. Trước khi tìm hiểu thế năng trọng trường là gì, Team Marathon Education sẽ giải thích cho các em hiểu về trọng trường của Trái Đất và tác động của nó đối với các vật thể bên trong.

Trọng trường là môi trường tồn tại xung quanh Trái Đất. Mọi vật thể bên trong trọng trường của Trái Đất đều bị tác động bởi lực hấp dẫn (trọng lực). Công thức tính trọng lượng của một vật có khối lượng m được đặt trong trọng trường:

P = m.g

Trong đó:

• P là trọng lượng, đơn vị đo là Newton (N)
• m là khối lượng của vật thể, đơn vị đo là kg
• g là gia tốc rơi tự do hay gia tốc trọng trường, đơn vị đo là m/s²

Từ đó, ta có thể định nghĩa thế năng trọng trường của một vật bất kỳ chính là năng lượng vật có được khi có lực hấp dẫn giữa vật và Trái Đất. Độ lớn của thế năng trọng trường phụ thuộc vào vị trí của vật thể bên trong trọng trường.

Công thức tính thế năng trọng trường

Thế năng trọng trường của một vật thể bất kỳ có khối lượng m đặt ở vị trí cách mốc thế năng một khoảng z trong môi trường trọng trường, được tính theo công thức sau:

W_t =m.g.z

Trong đó

• W_t là thế năng trọng trường của thể vật tại vị trí đang xét, đơn vị đo là J (Jun)
• m là khối lượng của vật thể, đơn vị đo là kg
• z là khoảng cách từ vật đến mốc thế năng, đơn vị đo là m
• g là độ lớn gia tốc rơi tự do của vật thể, đơn vị đo là m/s²

Các trường hợp có thể xảy ra là:

• W_t > 0
• W_t = 0
• W_t
• z > 0 khi vật trên mốc thế năng
• z

Sự biến thiên hay sự thay đổi của thế năng và công của trọng lực phụ thuộc vào vị trí của vật ở các thời điểm khác nhau. Khi vật thể di chuyển từ vị trí M đến vị trí N trong trọng trường (tăng độ cao hoặc giảm độ cao), công của trọng lực sẽ bằng với hiệu thế năng giữa 2 vị trí và được tính theo công thức A_MN = W_t(M) – W_t(N).

Định nghĩa thế năng đàn hồi

Một vật bị biến dạng do lực tác động từ bên ngoài và sinh công. Khi đó, năng lượng sinh ra được gọi là thế năng đàn hồi.

Xét một lò xo có một đầu cố định, một đầu gắn vào một vật có trọng lượng m. Lò xo có độ cứng k và có chiều dài tự nhiên l₀. Khi bị kéo dãn một đoạn Δl, độ dài lò xo vào thời điểm đó là l = l₀ + Δl.

Lúc đó, theo định luật Hooke, sẽ xuất hiện một lực đàn hồi có độ lớn là F = k.|Δl|. Lực này tác động vào lò xo nhằm đưa lò xo về trạng thái cân bằng. Công của lực đàn hồi này sẽ được tính theo công thức:

 A=\frac{1}{2}k(Δl)^2

Công thức tính thế năng đàn hồi khi lò xo bị biến dạng một đoạn Δl là:

W_t=\frac{1}{2}k(Δl)^2

Trong đó:

• W_t là thế năng đàn hồi, đơn vị đo là J (Jun)
• k là độ cứng của lò xo, đơn vị đo là N.m
• ∆l là độ biến dạng của lò xo, đơn vị đo là m

Học livestream trực tuyến Lý 10 – 11 – 12 bứt phá điểm số tại Marathon Education

Marathon Education là nền tảng lớp học livestream trực tuyến Toán – Lý – Hóa chất lượng, uy tín dành cho học sinh cấp 3 lớp 10 – 11 – 12. Mục tiêu của Marathon Education là giúp học sinh lấy lại căn bản và nắm vững kiến thức Toán – Lý – Hóa cấp 3, từ đó nâng cao thành tích học tập.

Tại Marathon Education, các em sẽ được học tập với các giáo viên thuộc TOP 1% giáo viên dạy giỏi toàn quốc. Các thầy cô không chỉ có kinh nghiệm giảng dạy hơn 10 năm mà còn có thành tích xuất sắc trong giáo dục. Các em cũng sẽ nhận được các sổ tay học tập Toán – Lý – Hóa “cực xịn” được biên soạn chỉn chu, kỹ lưỡng giúp hệ thống lại các kiến thức đã học.

Marathon Education còn có đội ngũ Cố vấn học tập luôn theo sát quá trình học tập của các em, giúp các em giải đáp những thắc mắc khi học, dễ dàng nắm bắt kiến thức, ghi nhớ công thức và hiểu bài toàn diện.

Với Công Nghệ livestream hiện đại, các em có thể tương tác với thầy cô như khi học offline. Đồng thời, các lớp học tại Marathon Education luôn được đảm bảo về mặt đường truyền chống giật/lag tối đa với hình ảnh và âm thanh chất lượng cao.Các em hãy nhanh tay đăng ký học livestream trực tuyến Toán – Lý – Hóa 10 – 11 – 12 ngay tại Marathon Education trước ngày 15/02/2022 ngay để được hưởng mức học phí siêu ưu đãi lên đến 39% nhé!

Qua bài viết trên, Team Marathon đã tổng hợp lại cho các em những kiến thức về thế năng là gì cũng như các công thức tính thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi. Quá đơn giản và dễ nhớ phải không nào! Hy vọng bài viết sẽ giúp các em nắm rõ kiến thức này và vận dụng tốt vào bài tập liên quan. Chúc các em thành công!