Thế năng đàn hồi là gì? Công thức tính thế năng đàn hồi đúng

Thế năng là khái niệm được nhắc đến khá nhiều trong chương trình vật lý 10. Để có thể giải quyết những bài toán liên quan đến thế năng, học sinh cần nắm chắc những nền tảng kiến thức liên quan trong phần này. Vậy thế năng là gì? Thế năng đàn hồi và trọng trường là gì? Thế năng được tính theo công thức nào, hãy cùng tìm hiểu với chúng tôi trong bài viết dưới đây nhé!

Thế năng đàn hồi và công thức tính

Thế năng và những khái niệm liên quan

Lực đàn hồi là gì?

Lực đàn hồi là lực được sinh ra khi vật đàn hồi và bị biến dạng. Vật đàn hồi ở đây có thể là sợi dây chun, lò xo hoặc một đoạn dây cao su bất kỳ. Nếu vật đàn hồi là lò xo, khi có một lực tác động sẽ làm cho lò xo biến dạng, tác dụng lên quả nặng được treo được gọi là lực đàn hồi.

Gia tốc trọng trường là gì?

Gia tốc trọng trường chính là gia tốc do lực hấp dẫn tác dụng lên vật. Tương tự như vận tốc, gia tốc trọng trường là một đại lượng có hướng. Nếu bỏ qua ma sát và sức cản, mọi vật nhỏ chịu gia tốc trong một trường hấp dẫn sẽ như nhau đối với tâm của khối lượng.

Thế năng là gì?

Thế năng là đại lượng vật lý đại diện cho khả năng sinh của vật. Theo định nghĩa trong lĩnh vực cơ học, thế năng là một đại lượng vô hướng, có giá trị thay đổi tùy theo quy ước thế năng tại điểm đặt mốc. Nó tồn tại dưới dạng năng lượng. 

Có thể khái quát khái niệm thế năng như sau: trong một trường vectơ lực bảo toàn bất kỳ, tích phân đường của vectơ lực E có độ dài từ r0 đến r được xác định bởi biểu thức sau:

Công thức tính thế năng

Trong chương trình vật lý phổ thông, chúng ta nghiên cứu 2 loại thế năng chính là thế năng đàn hồi và thế năng trọng trường. Mỗi loại thế năng đều có những đặc điểm và công thức tính khác nhau.

Thế năng đàn hồi

Mọi vật khi xảy ra biến dạng đều có khả năng sinh công. Phần công sinh ra này được xem là một dạng năng lượng, được gọi là thế năng đàn hồi.

Thông thường chúng ta sẽ tính thế năng đàn hồi của lò xo. Cho một lò xo với độ dài l0, độ cứng k. Tiến hành cố định một đầu lò xo, sau đó kéo dãn đầu còn lại khiến lò xo dài thêm 1 đoạn Δl. Thế năng đàn hồi sinh ra khi kéo dãn lò xo được tính theo công thức tính thế năng đàn hồi sau:

Wt=12kx2

Trong đó:

• W

  t

  là thế năng đàn hồi của lò xo (đơn vị J)

• k: độ cứng của lò xo (hay hệ số đàn hồi của lò xo)

• x: li độ, hay độ biến dạng của lò xo so với gốc chọn thế năng (đơn vị m)

Thế năng trọng trường

Thế năng trọng trường là gì?

Cơ năng của một vật sẽ phụ thuộc chủ yếu vào độ cao của vật so với mặt đất, hoặc vị trí khác được chọn làm mốc. Đây được gọi là thế năng trọng trường hay thế năng hấp dẫn.

Thế năng trọng trường

Hiểu một cách đơn giản, thế năng trọng trường là một dạng tương tác giữa Trái Đất và vật, phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường. Nếu thế năng của một vật tại mặt đất có khối lượng m, độ cao tương đương so với mặt đất là z, thì ta có công thức tính thế năng trọng trường như sau:

Wt=mgz

Trong đó:

• W

  t

  là thế năng của vật đo được tại vị trí z, có đơn vị Jun.

• m là khối lượng của vật, có đơn vị là kg.

• z là độ cao của vật so với mặt đất, đơn vị m.

Thế năng trọng trường cũng là một đại lượng vô hướng. Sự biến thiên của thế năng xuất hiện khi một vật bắt đầu di chuyển từ vị trí A sang B. Công của trọng lực của vật được tính là hiệu của 2 thế năng tại 2 vị trí.

Trường hợp vật rơi bởi lực hấp dẫn sẽ làm cho hiện tượng thế năng bị giảm, một phần thế năng chuyển thành công để vật rơi một cách tự do. Còn trường hợp ném vật lên từ mốc thế năng giúp lực nén chuyển thành công cũng gây cản trở trọng lực đến khi trọng lực giúp vật rơi tự do.

Liên hệ giữa biến thiên năng và công của trọng lực

Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ điểm M đến N, công của trọng lực có giá trị bằng hiệu thế năng giữa M và N. Hệ quả là:

• Khi vật có độ cao càng giảm, thế năng của vật giảm dẫn đến trọng lực sẽ sinh ra công dương.

• Khi vật tăng độ cao, thế năng của vật tăng từ đó trọng lực sinh ra công âm.

Thế năng tĩnh điện

Ngoài thế năng đàn hồi và thế năng trọng trường, còn có một loại thế năng khác, đó là tĩnh điện. Đây là một lực được bảo toàn dưới dạng tĩnh điện, được tính dựa trên công thức:

=qV

Trong đó:

• q là điện thế.

• V là diện tích của vật mà chúng ta xác định được.

Để tính được q và V, có thể áp dụng một số công thức liên quan như F=qE.

Thế năng đàn hồi

Trên đây là một số kiến thức tổng quát về thế năng đàn hồi, thế năng trọng trường, mong rằng sẽ giúp ích cho bạn trong việc học tốt môn Vật lý. Để có thêm nhiều kiến thức khác, đừng quên theo dõi những bài viết tiếp theo của chúng tôi.