Thế năng trọng trường là gì

Câu hỏi: Thế năng trọng trường là gì

Lời giải

Thế năng trọng trường là:

- Ở vị trí càng cao so với mặt đất thì công mà nó có khả năng thực hiện được càng lớn, nghĩa là thế năng của vật càng lớn

- Thế năng trọng trường là thế năng được xác định bởi vị trí của vật so với mặt đất. 

- Khi vật nằm trên mặt đất thì thế năng trọng trường của vật bằng không

- Vật có khối lượng càng lớn thì có thế năng càng lớn

Lưu ý: Thế năng của vật phụ thuộc vào mốc tính độ cao (do ta có thể lấy một vị vị trí khác mặt đất làm mốc tính độ cao)

Ví dụ:
Quả nặng A đứng yên trên mặt đất (hình a) không có khả năng sinh công. Khi đưa quả nặng A lên một độ cao nào đó thì nó có khả năng sinh công (hình b).

Thế năng trọng trường phụ thuộc vào:

+ độ cao của vật so với mặt đất hoặc vị trí được chọn làm mốc tính độ cao.

+ khối lượng của vật.

Vật có khối lượng càng lớn và ở càng cao thì thế năng trọng trường của vật càng lớn.

Ví dụ:

Quả nặng của búa máy càng nặng và được nâng càng cao thì khi nó rơi xuống, cái cọc lún vào đất càng nhiều, hay nó thực hiện được công lớn hơn.

Cùng Top lời giải tìm hiểu chi tiết về thế năng trọng trường và các kiến thức liên quan nhé

Thế năng là gì?

Thế năng là một dạng năng lượng đặc biệt gọi là năng lượng tiềm năng. Tất cả những vật có khả năng dự trữ năng lượng và tạo ra năng lượng trong hệ qui chiếu thích hợp đều có thế năng.

1. Cơ năng là gì?

- Khi một vật có khả năng thực hiện công cơ học, ta nói vật đó có cơ năng. Vật có khả năng thực hiện công càng lớn thì cơ năng của vật càng lớn.

- Đơn vị của cơ năng là Jun (J)

2. Thế năng:

- Cơ năng của vật phụ thuộc vào vị trí của vật so với mặt đất, hoặc so với một vị trí khác được chọn làm mốc để tính độ cao, gọi là thế năng hấp dẫn.

- Vật có khối lượng càng lớn và ở càng cao thì thế năng hấp dẫn càng lớn.

- Cơ năng của vật phụ thuộc vào độ biến dạng của vật gọi là thế năng đàn hồi.

Chú ý: Khi vật nằm trên mặt đất thì thế năng hấp dẫn của vật bằng 0. (thường chọn mặt đất làm mốc).

3. Động năng:

- Cơ năng của vật do chuyển động mà có gọi là động năng.

- Vật có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn.

- Nếu vật đứng yên thì động năng của vật bằng 0.

Chú ý:

- Thế năng và động năng là 2 dạng của cơ năng.

- Cơ năng của một vật bằng tổng động năng và thế năng của nó.

4. Sự chuyển hoá của các dạng cơ năng:

- Động năng có thể chuyển hoá thành thế năng, ngược lại thế năng có thể chuyển hoá thành động năng.

5. Sự bảo toàn cơ năng:

- Trong quá trình cơ học, động năng và thế năng có thể chuyển hoá lẫn nhau, nhưng cơ năng được bảo toàn.

Bài tập Ví dụ:

Câu 1: Trong các trường hợp sau, trường hợp nào vật có cả động năng và thế năng hấp dẫn?

A. Một máy bay đang chuyển động trên đường băng của sân bay

B. Một ô tô đang đỗ trong bến xe

C. Một máy bay đang bay trên cao

D. Một ô tô đang chuyển động trên đường

Đáp án: C

- Máy bay đang chuyển động trên đường băng của sân bay và ô tô đang chuyển động trên đường chỉ có động năng, còn thế năng hấp dẫn bằng 0.

- Chiếc ô tô đang đỗ trong bến xe không có cả động năng và thế năng.

- Chỉ có máy bay đang bay trên cao là có cả động năng và thế năng.

Câu 2: Trong các câu phát biểu về cơ năng sau câu phát biểu nào sai ?

A. Đơn vị của cơ năng là Jun.

B. Cơ năng của một vật bằng tổng động năng và thế năng của nó.

C. Động năng của vật có thể bằng không.

D. Lò xo bị nén có thế năng hấp dẫn.

Đáp án: D

Lò xo bị nén có thế năng đàn hồi, không phải thế năng hấp dẫn.

Câu 3: Mũi tên được bắn đi từ cái cung là nhờ năng lượng của mũi tên hay của cái cung ? Đó là dạng năng lượng nào ?

- Hãy chọn câu đúng:

A. Nhờ năng lượng của cánh cung, dạng năng lượng đó là Thế năng đàn hồi

B. Nhờ năng lượng của cánh cung, dạng năng lượng đó là thế năng hấp dẫn

C. Nhờ năng lượng của mũi tên, dạng năng lượng đó là Thế năng đàn hồi

D. Nhờ năng lượng của mũi tên, dạng năng lượng đó là thế năng hấp dẫn

Đáp án: A

Mũi tên được bắn đi từ cái cung là nhờ năng lượng của cánh cung vì cánh cung bị uốn cong có khả năng thực hiện được một công. Đó là thế năng đàn hồi.

Câu 4: Trong các trường hợp sau đây, trường hợp nào cơ năng của các vật bằng nhau ? Chọn phương án đúng.

A. Hai vật ở cùng một độ cao so với mặt đất

B. Hai vật ở các độ cao khác nhau so với mặt đất

C. Hai vật chuyển động với các vận tốc khác nhau

D. Hai vật chuyển động cùng một vận tốc,cùng một độ cao và có cùng khối lượng

Đáp án: D

- Thế năng của 1 vật phụ thuộc vào khối lượng và chiều cao của vật ấy so với mốc. Còn động năng phụ thuộc vào vận tốc và khối lượng của vật. Vì vậy cơ năng của một vật phụ thuộc vào chiều cao, khối lượng, vận tốc của vật.

- Nên hai vật chuyển động cùng một vận tốc,cùng một độ cao và có cùng khối lượng sẽ có cơ năng bằng nhau.

Bài tập ví dụ: Một người đứng yên trên cầu ném một hòn đá có khối lượng 50 g lên cao theo phương thẳng đứng. Hòn đá lên đến độ cao 6 m (tính từ điểm ném) thì dừng và rơi trở xuống mặt nước thấp hơn điểm ném 2 m.

1) Tìm thế năng của vật trong trọng trường ở vị trí cao nhất nếu chọn:

a. Điểm ném vật làm mốc.

b. Mặt nước làm mốc.

2) Tính công do trọng lực thực hiện khi hòn đá đi từ điểm ném lên đến điểm cao nhất và khi nó rơi từ điểm cao nhất tới mặt nước. Công này có phụ thuộc vào việc chọn hai mốc khác nhau ở câu 1 hay không?

Hướng dẫn:

1) Chọn trục tọa độ Oy hướng thẳng đứng từ dưới lên.

a. Điểm ném làm mốc, vị trí cao nhất có tọa độ h = 6 m.

⇒ W_t = mgh = 2,94 (J).

b. Mặt nước làm mốc, vị trí cao nhất có tọa độ:

h’ = h + 2 = 6 + 2 = 8 m.

W_t' = mgh’ = 3,92 (J).

2)

- Công do trọng lực thực hiện khi vật chuyển động từ điểm ném đến vị trí cao nhất:

   + Điểm ném làm mốc: A₁₂ = W_t1 - W_t2 = 0 - 2,94 = -2,94 (J).

   + Mặt nước làm mốc: A₁₂ = W '_t1 - W '_t = (0 + 0,98) - 3,92 = - 2,94 (J).

Ta nhận thấy công của trọng lực không phụ thuộc vào việc chọn gốc toạ độ mà chỉ phụ thuộc mức chênh lệch giữa hai độ cao. Dấu trừ chứng tỏ trọng lực thực hiện công âm khi vật di chuyển từ thấp lên cao.

- Công do trọng lực thực hiện khi vật rơi từ điểm cao nhất tới mặt nước:

   + Điểm ném làm mốc: A₂₃ = W_t2 - W_t3 = 2,94 - (0-0,98) = 3,92 (J).

   + Mặt nước làm mốc: A₂₃ = W '_t2- W '_t3 = 3,92 - 0 = 3,92 (J).

Như vậy, trọng lực thực hiện công dương (không phụ thuộc mốc được chọn) khi vật chuyển động từ vị trí cao xuống thấp.