Contents
Thế năng là gì?
Theo định nghĩa trong lĩnh vực cơ học, thế năng là một trường thế vô hướng của trường lực bảo toàn. Thế năng, cũng tương tự như những trường thế vô hướng khác, sẽ thay đổi giá trị tùy theo quy ước thế năng tại điểm đặt mốc.
Ta có thể khái quát lại khái niệm thế năng như sau: Trong một trường vectơ lực bảo toàn bất kì, tích phân đường của vectơ lực E có độ dài từ vị trí r0 đến r xác định bởi biểu thức sau:
Từ đó có thể xác định giá trị tích phân đường của vectơ lực E sẽ không phụ thuộc vào độ dài r đến r0 . Như vậy tại mỗi điểm r sẽ có thể đặt giá trị được các nhà nghiên cứu gọi là thế năng.
Công thức tính thế năng được trình bày như sau:
Xem thêm: Định nghĩa và một số đơn vị đo độ dài thông dụng thường dùng
Trong hệ thống đo lường quốc tế, đơn vị đo thế năng là Joule. Kí hiệu của đơn vị này là J. Dưới đây chúng tôi sẽ giới thiệu cho bạn ba loại thế năng thường gặp là Thế năng hấp dẫn (Thế năng trọng trường), Thế năng tĩnh điện và Thế năng đàn hồi.
Thế năng hấp dẫn (Thế năng trọng trường)
Thế năng hấp dẫn hay còn gọi là thế năng trọng trường là năng lượng tương tác giữa vật thể đặt trên bề mặt Trái Đất và
Khái quát nhất, ta có thể giải thích như sau: Tại một điểm bất kì trên bề mặt Trái Đất, sẽ có một lực hấp dẫn không đổi tác dụng lên vật thể. Độ lớn của lực đó sẽ được biểu thị bằng biểu thức:
F = m.g
Trong đó:
m là khối lượng vật đặt tại điểm
g là hằng số hấp dẫn
Nếu lấy giá trị mốc thế năng của vật tại bề mặt bằng 0 thì thế năng của vật tại độ cao z so với bề mặt trái đất sẽ có công thức sau:
Wt = mgz
Trong đó:
m là khối lượng của vật
g là hằng số hấp dẫn
z là độ cao của vật
Xem thêm: Cường độ điện trường là gì? Các công thức tính cường độ điện trường
Một đặc điểm đặc trưng của thế năng hấp dẫn chính là sự vô hướng. Công của trọng lực của vật di chuyển giữa hai điểm từ A tới B tương ứng với hiệu thế năng của vật tại hai điểm:
Aab = Wta – Wtb
Đối với trường hợp vật rơi tự do do tác dụng của lực hấp dẫn , theo định luật bảo toàn năng lượng, thế năng của vật sẽ đi dần về 0 và chuyển hóa thành công của vật rơi tự do.
Thế năng tĩnh điện
Thế năng tĩnh điện là một loại năng lượng bảo toàn được thể hiện dưới dạng tĩnh điện. Thế năng tĩnh điện được xác định bằng công thức:
φ = q.V
Trong đó:
Φ: Thế năng tĩnh điện
q: Điện tích của hạt mang điện tạo tĩnh điện
V: Điện thế của tĩnh điện.
Thế năng đàn hồi
Thế năng đàn hồi là gì? Mọi vật khi xảy ra biến dạng đều có thể sinh công và phần công sinh ra nay được xem là một dạng năng lượng gọi là thế năng đàn hồi.
Có một lò xo với độ dài l0 và độ cứng đàn hồi lò xo xác định k. Ta tiến hành cố định một đầu lò xo và bắt đầu kéo dãn một đầu của lò xo khiến lò xo dài thêm một đoạn có độ dài Δl. Thế năng đàn hồi sinh ra khi kéo dãn lò xo sẽ được tính bằng công thức thế năng đàn hồi sau:
Wđh= 0.5.k.x2
Trong đó:
Wđh : Thế năng đàn hồi của lò xo (J)
k: Độ cứng đàn hồi của lò xo (N.m)
X: Độ biến dạng của lò xo
Bài viết trên đây của chúng tôi đã trình bày những kiến thức cơ bản về thế năng là gì? Các loại thế năng cơ bản như Thế năng hấp dẫn (Thế năng trọng trường), Thế năng tĩnh điện và Thế năng đàn hồi là gì. Nếu bạn muốn có thêm những bài học bổ ích về lĩnh vực khoa học vật lí, hãy theo dõi những bài đăng tiếp theo trên website của chúng tôi nhé!
