Thế năng là một đại lượng phổ biến trong vật lý, nó thể hiện khả năng sinh công của vật. Hiện nay, thế năng là khái niệm quan trọng trong khoa học tự nhiên và nhiều lĩnh vực. Vậy thế năng là gì? Cùng tìm hiểu ý nghĩa và ứng dụng của nó trong thực tế qua bài viết dưới đây nhé!
Thế năng là gì?
Thế năng có tên tiếng anh là potential energy, là năng lượng mà một vật thể có do vị trí hoặc trạng thái của nó. Nó thể hiện khả năng của vật thể để thực hiện công việc hoặc sản sinh ra năng lượng khi có thay đổi trong hệ thống. Thế năng thường được biểu diễn thông qua các biến như vị trí, độ cao, trạng thái không gian của vật thể. Thế năng thể hiện cho khả năng sinh công của một vật thể tồn tại dưới dạng một loại năng lượng.
Thế năng có đơn vị là Jun, ký hiệu là J.
Tìm hiểu về thế năng, potential energy là gì (Ảnh: Internet)
Các loại thế năng
Thế năng trọng trường (Thế năng hấp dẫn)
Thế năng trọng trường là gì? Thế năng trọng trường hay còn gọi là thế năng hấp dẫn, đây là cơ năng của một vật thể phụ thuộc vào độ cao của vật so với mặt đất hoặc vị trí khác được chọn làm mốc để tính độ cao.
Thế năng hấp dẫn là đại lượng vô hướng, giá trị có thể âm hoặc dương. Sự biến thiên của thế năng và công của trọng lực chính là khi vật bắt đầu di chuyển từ vị trí A sang B. Công của trọng lực của vật sẽ được tính bằng hiệu thế năng của trọng lực ở hai vị trí. Công thức tính như sau:
W(AB) = Wt (A) – Wt (B)
Trong trường hợp vật rơi tự do sẽ xuất hiện hiện tượng thế năng bị giảm, chuyển thành công để vật rơi tự do. Trường hợp vật được ném lên từ mốc thế năng sẽ giúp lực ném chuyển thành công để cản trở trọng lực đến khi mà trọng lực triệt tiêu lực ném đó sẽ tác dụng khiên vật rơi tự do.
Thế năng hấp dẫn là gì – Công thức tính thế năng trọng trường (Ảnh: Internet)
Khi tìm hiểu về thế năng là gì, ta có thể hiểu đơn giản, thế năng hấp dẫn hay thế năng trọng trường là dạng năng lượng tương tác giữa vật và trái đất, nó phụ thuộc vào vị trí của vật ở trong trọng trường. Nếu chọn thế năng của vật ở mặt đất có khối lượng là m, độ cao h là độ cao vị trí tương ứng so với lực hấp dẫn trái đất, công thức tính thế năng hấp dẫn được biểu diễn như sau:
Wt = m.g.h
Trong đó:
- Wt: Thế năng của vật tại vị trí có độ cao h, đơn vị J
- m: Khối lượng của vật, đơn vị kg
- h: Độ cao của vật so với mặt đất, đơn vị m
- g: Gia tốc trọng trường, đơn vị m/s²
Thế năng đàn hồi
Một vật bị biến dạng do lực tác động từ bên ngoài và sinh công, khi đó, năng lượng sinh ra sẽ được gọi là thế năng đàn hồi.
Để tính được thế năng đàn hồi, đầu tiên cần phải tính được công của lực đàn hồi (F đh).
Xét một lò so có độ cứng đàn hồi và chiều dài lo được tính bằng hằng số k. Một đầu lò xo được cố định, một đầu gắn vào vật. Tiến hành kéo lò xo một đoạn cố định x. Khi đó, lực đàn hồi xuất hiện và tác động trực tiếp lên vật và lò xo. Độ dài của lò xo khi đó được tính bằng: l = lo + x
Thế năng đàn hồi là gì – Công thức tính thế năng đàn hồi (Ảnh: Internet)
Nếu chọn chiều dương là chiều tăng độ dài lò xo thì lực đàn hồi sẽ tác dụng vào vật theo hướng ngược lại. Theo định luật Húc, độ lớn của lực đàn hồi tác dụng lên vật khi đó bằng:
F = -k . x
Công thức tính lực đàn hồi đưa vật về vị trí lò xo không biến dạng:
A = 1/2 . k . x²
Khi đã tính được lực đàn hồi, có thể áp dụng công thức sau đây để tính thế năng của lực đàn hồi của lò xo. Công thức tính thế năng đàn hồi:
Wđh = 1/2 . k . x²
Trong đó:
- Wđh: Thế năng đàn hồi, đơn vị J
- k: Độ cứng của lò xo, đơn vị N
- x: Độ biến dạng của lò xo, đơn vị m.
Ứng dụng của thế năng là gì?
Thế năng được ứng dụng trong các ngành và lĩnh vực cụ thể như sau:
Thế năng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực (Ảnh: Internet)
- Trong vật lý: Thế năng thường được sử dụng để mô tả khả năng của một vật thể khi nó ở trong môi trường xác định, đặc biệt là trong cơ học và năng lượng.
- Trong năng lượng tự nhiên: Thế năng xuất hiện ở nhiều nguồn năng lượng tự nhiên như gió, nước chảy hay một vật thể được đưa lên cao.
- Trong kỹ thuật và công nghệ: Thế năng thường được dùng để thiết kế và xây dựng các hệ thống máy móc sử dụng năng lượng từ vị trí hoặc trạng thái của các vật thể.
>>> Có thể bạn quan tâm: Trọng lượng là gì?
Kết luận
Trên đây là những kiến thức mà Hapoin muốn chia sẻ đến bạn đọc về thế năng là gì và những ứng dụng của nó. Thế năng là khái niệm quan trong trong khoa học, được ứng dụng nhiều trong thực tế. Việc hiểu và áp dụng thế năng sẽ giúp chúng ta hiểu được rõ hơn về nguyên lý hoạt động của các hệ thống tự nhiên, trong kỹ thuật, công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác.
Jasmine Wu – Hapoin
