Thế năng – đại lượng phổ biến trong Vật lý, được ứng dụng rộng rãi trong đời sống. Vậy bạn hiểu thế năng là gì? Có những loại thế năng nào? Công thức tính là gì? Tất cả sẽ được chúng tôi bật mí ngay trong bài viết dưới đây!
Thế năng là gì?
Thế năng chính là một đại lượng Vật lý quan trọng, biểu hiện khả năng sản sinh ra công của một vật trong một số điều kiện nhất định. Hiểu một cách đơn giản thì thế năng chính là một dạng năng lượng tồn tại bên trong của vật thể.
Các dạng thế năng phổ biến hiện nay là:
- Thế năng hấp dẫn: sinh ra khi mà một vật chịu tác dụng bởi lực hấp dẫn của Trái Đất, phụ thuộc vào khối lượng và khoảng cách của một vật khác.
- Thế năng đàn hồi lò xo: sinh ra khi mà một vật biến dạng do tác động của lực đàn hồi.
- Thế năng tĩnh điện: thế năng của điện tích trong một điện trường.
Đơn vị của thế năng là gì? Do bản chất là một loại năng lượng nên đơn vị của thể năng trong hệ đo lường quốc tế (SI) chính là Jun, được ký hiệu là J.
Công thức tính thế năng là gì?
Thế năng trọng trường
Trọng trường luôn luôn tồn tại xung quanh của Trái Đất. Trọng trường xảy ra khi mà xuất hiện một trọng lực tác dụng lên một vật bất kỳ có khối lượng m tại một vị trí bất kỳ trong không gian có tồn tại trọng trường.
Công thức xác định trọng lực tác dụng lên một vật có khối lượng m như sau:
P = m.g
Trong đó:
- P và m chính là 2 đại lượng vectơ.
- g là gia tốc trọng trường hay gia tốc tự do.
Thế năng trọng trường của một vật được hiểu là dạng năng lượng tương tác giữa vật đó với Trái Đất. Thế năng trọng trường phụ thuộc vào độ cao được tính từ vật đến mặt đất hoặc là đến một vị trí bất kỳ được chọn làm mốc để tính độ cao.
Ví dụ:
- Quả mít ở trên cây.
- Viên đạn đang bay.
- Máy bay đang bay.
Công thức xác định thế năng trọng trường như sau:
Nếu như tính thế năng của một vật có khối lượng m, được đặt tại vị trí có độ cao z so với mặt đất (trong trọng trường của Trái Đất) thì công thức tính cụ thể như sau:
Wt = m.g.z
Trong đó:
- Wt là thế năng của vật, đơn vị là J.
- m là khối lượng của vật, đơn vị là kg.
- z là độ cao tính từ vật đến mặt đất, đơn vị là m.
- g là gia tốc trọng trường, đơn vị là m/s2.
Lưu ý: Thế năng trọng trường chính là một đại lượng vô hướng. Do đó giá trị của nó có thể >0, =0 hoặc là <0.
Thế năng đàn hồi
Dạng năng lượng được sinh ra bởi một vật bị tác dụng do lực đàn hồi thì sẽ được gọi là thế năng đàn hồi.
Công thức xác định thế năng đàn hồi của một lò xo ở trạng thái bị biến dạng với độ dài x sẽ là:
Wđh = ½ . k. x2
Trong đó:
- Wđh là thế năng đàn hồi, đơn vị là J
- k là độ cứng của lò xo, đơn vị là N.m
- x là độ biến dạng của lò xo, đơn vị là m
Ví dụ:
- Mũi tên được gắn vào cung khi dây cung đang căng.
- Lò xo đang bị nén chặt.
- Quả bóng bị móp méo hay bóng tennis khi chạm xuống sân.
- Chai nhựa bị biến dạng bởi tác động của lực.
Thế năng tĩnh điện
Thế năng tĩnh điện có thể hiểu là một trong những năng lượng được bảo toàn dưới dạng tĩnh điện.
Thế năng tĩnh điện được xác định dựa vào công thức tính như sau:
φ = q V
Trong đó:
- q là điện thế, đơn vị là C
- V là điện tích của vật đang xét, đơn vị là V
Lưu ý: Để có thể tính được giá trị của q và V thì cần phải áp dụng công thức tính sau đây:
F = q.E
Trong đó:
- F là độ lớn lực điện, đơn vị là N
- E là cường độ điện trường, đơn vị là V/m, N/C
- q là độ lớn của điện tích thử, đơn vị là C
Ví dụ:
- Khi một người ngẫu nhiên chạm vào tay nắm cửa kim loại thì người đó có thể bị điện giật tê trong tích tắc. Điều này là do có sự tồn tại của lực tĩnh điện giữa tay nắm cửa và bàn tay của người đó. Tay nắm cửa do được làm bằng kim loại nên nó có khả năng truyền electron đến mọi vật thể khi tiếp xúc với nó. Từ đó dẫn đến sự hình thành tương tác tĩnh điện giữa tay nắm cửa và bàn tay.
- Sau khi chải tóc xong thì chúng ta đã vô tình tích tụ một lượng điện tích đáng kể lên răng lược. Khi chiếc lược tích điện này tiếp xúc với một số vật nhẹ hơn như mẩu giấy thì nó sẽ khiến cho mẩu giấy bị hút vào chiếc lược. Như vậy là lực tĩnh điện đã tồn tại giữa chiếc lược và các mẩu giấy.
Có thể bạn quan tâm:
Động năng là gì? Khái niệm, công thức tính và lấy ví dụ
Chuyển động cơ học là gì? Lý thuyết và ví dụ chuyển động cơ học
Thực tế cho thấy thế năng vẫn luôn luôn tồn tại xung quanh chúng ta. Hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn có thêm những kiến thức bổ ích, phục vụ trong quá trình học tập và nghiên cứu.
