Thế năng là gì? Ký hiệu, đơn vị & các loại thế năng CƠ BẢN

Thế năng là gì?

Thế năng là đại lượng vật lý, thể hiện cho khả năng của vật và nó tồn tại dưới dạng năng lượng. Hay thế năng chính là năng lượng được giữ bởi một vật do vị trí của nó so với các vật khác, các lực nén bên trong bản thân, điện tích và các yếu tố khác. Trên thực tế có 3 dạng thế năng là thế năng đàn hồi, thế năng tĩnh điện và thế năng trọng trường. Thông tin chi tiết về các dạng thế năng sẽ được AME Group bật mí trong các phần nội dung dưới đây.

Ký hiệu của thế năng

Thế năng được kí hiệu là W, được quy định theo trong các công thức tính toán. Cụ thể hơn, từng loại thế năng được ký hiệu thêm chữ cái bên dưới

• Wđh: Thế năng đàn hồi
• Wt: Thế năng trọng trường

Đơn vị đo thế năng

Thế năng biểu hiện cho khả năng sinh công của vật nên người ta sử dụng đơn vị Jun (J) để tính toán đại lượng này.

Thế năng đàn hồi là gì?

Thế năng đàn hồi xuất hiện khi một vật có khả năng bị biến dạng do tác động sinh công. Để xác định được độ lớn thế năng đàn hồi, trước tiên cần tính toán được công lực đàn hồi. Cụ thể:

Xét lò xo có chiều dài tự nhiên l0, độ cứng đàn hồi k gắn 1 đầu cố định vào vật sau đó kéo 1 đoạn Δl. Khi đó sẽ xuất hiện lực đàn hồi tác động chính vào vật, đồ dài lò xo khi kéo dãn l = l0 + Δl. Ta tính được lực đàn hồi tác động vào lực theo định luật Húc như sau:

Nếu chọn chiều dương là chiều tăng của lò xo thì lực đàn hồi là:

Độ lớn của lực đàn hồi đưa vật trở về vị trí của lò xo không biến dạng là:

Công thức tính thế năng đàn hồi như sau:

Wđh = ½ . k. x2

Trong đó:

• Wđh: Thế năng đàn hồi (J)
• k: Độ cứng của lò xo (N.m)
• x: Độ biến dạng của lò xo (m)

Thế năng đàn hồi

Thế năng trọng trường ( hấp dẫn)

Chúng ta đều biết xung quanh trái đất luôn tồn tại trọng trường (cụ thể là trọng lực hay lực hút trái đất). Thế năng trọng trường là năng lượng tương tác giữa vật và trái đất, phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.

Để tính thế năng trọng trường của một vật trọng lượng m, ở độ cao z so với mặt đất thì ta sử dụng công thức:

Wt = m.g.z

Trong đó:

• Wt: Thế năng trọng lượng (J)
• m: Trọng lượng vật xét (kg)
• z: Độ cao của vật so với mặt đất (m)
• g: Gia tốc trọng trường (g = 9.8 m/s)

Liên hệ giữa thế năng và công trọng lực phụ thuộc vào công thức sau:

AMN = Wt (M) - Wt(N)

Trong đó:

• AMN : Công trọng lực từ vị trí M đến vị trí N
• Wt (M): Thế năng của vật trong trọng trường ở vị trí M
• Wt (N): Thế năng của vật trong trọng trường ở vị trí N

⇒ Vật chuyển động trong trọng trường:

• Vật giảm tốc độ ⇒ Thế năng vật giảm ⇒ Trọng lực sinh công dương
• Vật tăng tốc độ ⇒ Thế năng vật tăng ⇒ Trọng lực sinh công âm

Thế năng trọng trường

Thế năng tĩnh điện

Lực tĩnh điện là lực bảo toàn khi này có thế năng tĩnh điện. Lực tĩnh điện được tính theo công thức:

F = E.q

Trong đó:

• F: Lực tĩnh điện
• q: Điện tích hạt mang điện
• E: Cường độ điện trường

Khi đó, điện thế là trường thế vô hướng ứng với trường vectơ cường độ điện trường:

Ta có thế năng tĩnh điện được tính theo công thức:

φ = q V

Trong đó:

• φ: Thế năng tĩnh điện
• q: Điện tích hạt mang điện
• V: Điện áp