Thế năng trọng trường là đại lượng?

Câu hỏi: Thế năng trọng trường là đại lượng?

A. Vô hướng, luôn dương hoặc bằng không.

B. Vô hướng, có thể âm, dương hoặc bằng không.

Bạn đang xem: Thế năng trọng trường là đại lượng?

C. Véc tơ, có thể âm, dương hoặc bằng không.

D. Véc tơ có độ lớn luôn dương hoặc bằng không

Lời giải:

Đáp án đúng : A Vô hướng, luôn dương hoặc bằng không.

Thế năng trọng trường là đại lượng Vô hướng, luôn dương hoặc bằng không.

Giải thích: 

Tính chất của thế năng trọng trường bao gồm:

– Là đại lượng vô hướng

– Có giá trị dương, âm hoặc bằng không, phụ thuộc vào vị trí chọn làm gốc thế năng.

– Nếu chọn gốc thế năng tại mặt đất thì thế năng tại mặt đất bằng không (Wt = 0)

Cùng Sài Gòn Tiếp Thị tìm hiểu chi tiết về Thế năng trọng trường nhé

I. 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.

Năng lượng tiềm năng là dạng năng lượng có khả năng sinh ra hoặc không sinh ra nó phụ thuộc vào hệ qui chiếu. Trong quá trình xây dựng biểu thức tính thế năng trọng trường (thế năng của trường trọng lực) hay thế năng đàn hồi của lò xo thì biểu thức tính thế năng chỉ có ý nghĩa khi mốc thế năng được chọn phù hợp.

Ví dụ về thế năng của một hòn đá nằm cân bằng như trong hình minh họa dưới

Trường hợp 1: gốc thế năng tại mặt đất khi hòn đá rơi xuống hòn đá sinh công cơ học → dạng năng lượng dự trữ của trọng lực chuyển thành năng lượng hay nói cách khác trong trường hợp này thế năng của trường trọng lực đã chuyển thành công (thế năng tạo ra năng lượng).

Trường hợp 2: chọn gốc thế năng tại mặt đất và do trạng thái cân bằng hiện tại của hòn đá được duy trì mãi nên thế năng của hòn đá đã không thể chuyển đổi thành dạng năng lượng khác hay năng lượng của hòn đá đã không được sinh ra (năng lượng của hòn đá chỉ tồn tại ở dạng tiềm năng – dạng năng lượng dự trữ)

II. Thế năng trọng trường.

1. Trọng trường

Xung quanh trái đất tồn tại một trọng trường.

Biểu hiện trọng trường là sự xuất hiện của trọng lực tác dụng kên một vật khối lượng m đặt tại một vị trí bất kì trong khoảng không gian có trọng trường.

– Trọng trường đều là trọng trường trong đó tại mọi điểm có phương song song, cùng chiều, cùng độ lớn.

2. Thế năng trọng trường

Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa trái đất và vật, nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.

W_t = mgz

Trong đó: m: khối lượng của vật (kg)

               g: gia tốc rơi tự do (m/s²)

               z: độ cao của vật so với mốc thế năng (m)

3. Tính chất:

– Là đại lượng vô hướng

– Có giá trị dương, âm hoặc bằng không, phụ thuộc vào vị trí chọn làm gốc thế năng.

– Nếu chọn gốc thế năng tại mặt đất thì thế năng tại mặt đất bằng không (W_t = 0)

III. Thế năng đàn hồi.

1. Công của lực đàn hồi.

– Khi đưa lò xo từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng thì công của lực đàn hồi được xác định bằng công thức :

2. Thế năng đàn hồi.

Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.

+ Thế năng đàn hồi là một đại lượng vô hướng, dương.

IV. BÀI TẬP

DẠNG: THẾ NĂNG

Phương pháp

– Tính thế năng của vật chuyển động trong trọng trường:

+ Chọn mốc thế năng (Wt=0) ; xác định độ cao so với mốc thế năng đã chon(m) và m(kg)

+ Sử dụng : W_t = mgz

-Thế năng đàn hồi : 

Bài 3: Một vật có khối lượng m = 6 kg được đặt ở một vị trí trong trọng trường và có thế năng tại vị trí đó bằng Wt1 = 720 J. Thả tự do cho vật rơi tới mặt đất, tại đó thế năng của vật bằng Wt2 = – 240 J. Lấy g = 10 m/s2.

a. Hỏi vật đã rơi từ độ cao nào so với mặt đất?

b. Hãy xác định gốc thế năng đã được chọn ở đâu.

c. Tìm vận tốc vật khi đi qua vị trí gốc thế năng.

Hướng dẫn:

Theo đề bài có thế năng tại mặt đất là -240J => Mặt đất không được chọn làm mốc thế năng

Giả sử mốc thế năng được chọn tại vị trí O cách mặt đất độ cao là h2 (m)

Chọn chiều dương hướng lên trên.

a. Ta có:

=> Mặt đất thấp hơn mốc thế năng 4m theo chiều âm.

Tại vị trí có W_t1 = 720J ở độ cao so với mốc thế năng là

=> Tổng độ cao của vật so với mặt đất là h = h₁ + h₂ = 4 + 12 = 16(m)

b. Vị trí ứng với mốc thế năng chọn là 12(m)

c. Vận tốc tại vị trí chọn mốc thế năng

Bài 4: Một cần cẩu nâng một thùng hàng có khối lượng 420 kg từ mặt đất lên độ cao 3 m ( tính theo di chuyển khối tâm của thùng), sau đó đổi hương và hạ thùng này xuống sàn một ôtô tải ở độ cao 1,25 m so với mặt đất.

a. Tìm thế năng của thùng trong trọng trương khi ở độ cao 3 m. Tính công của lực phát động ( lực căng của dây cáp) để nâng thùng hàng lên độ cao này.

b. Tìm độ biến thiên thế năng khi hạ thùng từ độ cao 3 m xuống sàn ôtô. Công của trọng lực có phụ thuộc cách di chuyển thùng giữa hai vị trí đó hay không? Tại sao?

Hướng dẫn:

a. Thế năng của thùng: W_t = mgz = 420.10.3 = 12600 (J).

Coi thùng được nâng đều, lực phát động có độ lớn bằng trọng lực. Độ giảm thế năng bằng công của trọng lực:

W_t – 0 = – A_P.

Công của lực phát động: A_F = – A_P = W_t = 12600 (J).

b. Độ biến thiên thế năng khi hạ thùng xuống sàn ôtô:

W = W₂ – W₁ = mg(h₂ – h₁ ) = 420.10.(1,25-3) = -7350 (J)

Trong trường hợp này thế năng giảm.

Công của trọng lực không phụ thuộc vào cách di chuyển thùng giữa hai vị trí vì trọng lực là lực thế, công của nó chỉ phụ thuộc vào mực chênh lệch độ cao giữa hai vị trí đầu và cuối mà không phụ thuộc vào dạng đường đi.

Đăng bởi: Sài Gòn Tiếp Thị

Chuyên mục: Lớp 8, Vật Lý 8