Thế năng là một khái niệm phổ biến trong vật lý, dùng để chỉ khả năng sinh công của vật. Thế năng có 2 loại bao gồm thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi. Cùng tìm hiểu bài viết dưới đây để hiểu được thế năng là gì.
1. Thế năng là gì?
Giống như động năng, thế năng là một đại lượng trong môn vật lý. Nó phản ánh khả năng sinh công của vật và tồn tại ở dạng năng lượng.
Trong tiếng Anh, thế năng có tên là potential energy. Theo nghĩa đen, có thể hiểu thế năng là năng lượng tiềm tàng, là năng lượng của một vật có được vì vị trí của nó không cùng với vật khác. Lực tiềm tàng xuất hiện do điện tích, lực nén bên trong hoặc các yếu tố khác.
Thế năng có 3 dạng phổ biến là thế năng đàn hồi lò xo, thế năng hấp dẫn một vật phụ thuộc vào khối lượng và khoảng cách một vật khác và cuối cùng là thế năng của điện tích trong điện trường.
Đơn vị của 3 dạng thế năng này đều là Jun, kí hiệu là J.
2. Thế năng đàn hồi là gì?
Do một tác động nào đó mà một vật biến dạng thì đều có khả năng sinh công. Đó là năng lượng được xem là thế năng đàn hồi. Cần phải tính được công của lực đàn hồi mới có thể tính được thế năng đàn hồi.
Xét lò xo có chiều là I0, độ cứng đàn hồi là k, gồm một đầu gắn vào vật và một đầu cố định, bắt đầu thực hiện kéo một đoạn cố định là ΔI. Lực đàn hồi khi đó xuất hiện trực tiếp lò xo, tác động vào vật. Sau khi kéo, độ dài của lò xo được tính theo công thức
I = I0 + ΔI. Theo định luật Húc, lực đàn hồi tác dụng vào vật:
Nếu chiều tăng của chiều dài lò xo là chiều dương thì lực đàn hồi giúp đưa vật về lại vị trí của lò xo không biến dạng là:
Từ đó, ta có thể áp dụng công thức Wđh = 0.5.k.x 2 để tính được thế năng đàn hồi của lò xo.
Trong đó, Wđh là ký hiệu của thế năng đàn hồi, có đơn vị là Jun
k là độ cứng lò xo, đơn vị là Nm, còn x là độ biến dạng lò xo có đơn vị là m.
3. Thế năng trọng trường
Trọng trường
Trọng trường luôn tồn tại xung quanh trái đất vì gia tốc trọng trường thường (biểu hiện của nó) là trọng lực.
Trọng lực trong một vật có khối lượng m được tính theo công thức:
Nếu gia tốc trọng trường tại mọi điểm trong một khoảng không gian không quá rộng có phương song song, cùng độ lớn và cùng chiều thì trọng trường khoảng không gian đó là đều.
Thế năng trọng trường
Thế năng trọng trường còn được gọi là thế năng hấp dẫn. Cơ năng của một vật phụ thuộc vào vị trí hay độ cao của vật so với mặt đất được chọn làm mốc để tính độ cao, đó gọi là thế năng trọng trường. Chẳng hạn như quả cam ở trên cây hay viên đạn đang bay,…
Thế năng trọng trường có thể được hiểu là dạng năng lượng tương tác giữa vật và trái đất. Thế năng này phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.
Công thức tính thế năng trọng trường như sau:
Wt = m.g.z
Trong đó: Wt là thế năng trọng trường của vật, đơn vị là Jun
z là độ cao của vị trí tương ứng so với trọng trường trái đất (độ cao của vật so với mặt đất), còn m là khối lượng của vật, đơn vị là kg.
Thế năng trọng trường có đặc điểm nổi bật là đại lượng vô hướng, nghĩa là có thể rơi vào khoảng >0, =0 hoặc <0. Khi một vật bắt đầu di chuyển từ vị trí A đến B là sự biến thiên thế năng và công của trọng lực. Công thức tính công của trọng lực của vật: AAB = Wt (ở A) – Wt (ở B).
Bài viết dưới đây đã giải thích cho bạn thế năng là gì và các loại thế năng phổ biến. Chúc bạn hoàn thành tốt các bài tập về thế năng trong môn vật lý học!
