Thế năng trọng trường là gì? Phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Thế năng trọng trường là gì? Phụ thuộc vào những yếu tố nào?
1. Thế năng trọng trường là gì? (1) Trọng trường
Trên khắp trái đất, tồn tại một trường trọng lực. Trường trọng lực biểu hiện
bằng việc sự hiện diện của trọng lực tác động lên một vật có khối lượng m,
đặt ở bất kỳ vị trí nào trong không gian có trường trọng lực. (2) Thế năng là gì?
Thế năng là một dạng đặc biệt của năng lượng, được gọi là năng lượng tiềm
năng. Tất cả các vật thể có khả năng lưu trữ năng lượng và tạo ra năng
lượng trong một hệ thống tham chiếu thích hợp đều có thể có thế năng.
Năng lượng tiềm năng là dạng năng lượng có khả năng tồn tại hoặc không,
tùy thuộc vào hệ tham chiếu được sử dụng. Trong quá trình xây dựng biểu
thức tính thế năng của trường trọng lực (thế năng của một vật trong trường
trọng lực) hoặc thế năng đàn hồi của một lò xo, biểu thức này chỉ có ý nghĩa
khi ta chọn một mốc thế năng phù hợp.
Ví dụ về thế năng của một viên đá nằm trong tình trạng cân bằng được minh họa như sau:
Trường hợp 1: Chọn mốc thế năng tại mặt đất, khi viên đá rơi xuống, năng
lượng tiềm năng của trọng lực chuyển đổi thành năng lượng cơ học. Nói cách
khác, trong trường hợp này, thế năng của trường trọng lực đã trở thành công
(năng lượng được tạo ra từ thế năng).
Trường hợp 2: Chọn mốc thế năng tại mặt đất và do tình trạng cân bằng hiện
tại của viên đá được duy trì liên tục, nên thế năng của viên đá không thể
chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác hoặc năng lượng của viên đá
không được tạo ra (nó chỉ tồn tại dưới dạng năng lượng tiềm năng - dạng năng lượng dự trữ).
(3) Thế năng trọng trường a) Định nghĩa:
Thế năng trong trường trọng lực của một vật là dạng năng lượng tương tác
giữa vật và trường trọng lực, và nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trường trọng lực. b) Biểu thức:
Khi một vật có khối lượng m đặt ở độ cao z so với mặt đất trong trường trọng
lực của Trái Đất, thì thế năng trong trường trọng lực của vật được tính bằng công thức Wt = mgz.
2. Thế năng trọng trường phụ thuộc vào những yếu tố nào?
Thế năng trong trường trọng lực phụ thuộc vào:
+ Độ cao của vật so với mặt đất hoặc vị trí được chọn làm điểm mốc độ cao. + Khối lượng của vật.
Khi vật có khối lượng càng lớn và được đặt ở độ cao càng cao, thế năng
trong trường trọng lực của vật càng lớn. Ví dụ:
Quả nặng của một cái búa máy càng nặng và nó được nâng càng cao, thì khi
búa đó rơi xuống, sẽ gây ra sự lún sâu của cái cọc vào đất càng nhiều, hoặc
nó thực hiện được công việc lớn hơn.
3. Những bài tập vận dụng liên quan
Câu 1: Trong các vật sau, vật nào không có động năng?
A. quả bóng nằm yên trên mặt sàn
B. quả bóng lăn trên sàn nhà C. Máy bay đang bay D. Con chim đang bay Lời giải: Đáp án: A
Cơ năng của vật xuất phát từ chuyển động, được gọi là động năng. Nếu vật
đứng yên thì động năng của nó bằng 0. Quả bóng đang nằm yên trên mặt
sàn nên không có động năng.
Câu 2: Trong các vật sau, vật nào không có thế năng (so với mặt đất)? A. Chiếc lá đang rơi
B. Một người đứng trên tầng ba của tòa nhà
C. Thùng hàng nằm trên mặt đất
D. Quả bóng đang bay trên cao Lời giải: Đáp án: C
- Thế năng của vật phụ thuộc vào vị trí của vật so với mặt đất hoặc so với một
vị trí khác được chọn làm điểm mốc để tính độ cao, gọi là thế năng hấp dẫn.
Khi vật nằm trên mặt đất thì thế năng hấp dẫn của vật bằng 0, tức là không có thế năng.
Câu 3: Một lò xo làm bằng thép đang bị nén lại. Lúc này lò xo có cơ
năng. Vì sao lò xo có cơ năng? Hãy chọn câu đúng:
A. Vì lò xo có nhiều vòng xoắn
B. Vì lò xo có khả năng sinh công
C. Vì lò xo có khối lượng
D. Vì lò xo làm bằng kim loại Lời giải: Đáp án: B
Lò xo bị biến dạng nên nó có thế năng đàn hồi. Thế năng này có khả năng
sinh ra công (cơ năng), vì nó có thể truyền năng lượng cho các vật khác khi được giải phóng.
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 một vật phụ thuộc vào khối lượng và chiều cao của vật đó so
với mốc. 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 và động năng phụ
thuộc vào vận tốc và khối lượng của vật.
- Vì vậy, hai vật chuyển động cùng một vận tốc, cùng một độ cao và có cùng
khối lượng sẽ có cơ năng bằng nhau.
Câu 5: Trong các trường hợp sau, trường hợp nào có sự chuyển hóa
thế năng thành động năng ? Hãy chọn câu đúng nhất.
A. Mũi tên được bắn đi từ cung
B. Nước trên đập cao chảy xuống
C. Hòn bi lăn từ đỉnh dốc xuống dưới
D. Cả ba trường hợp trên thế năng chuyển hóa thành Đáp án: D
Trường hợp 1: thế năng của cánh cung chuyển thành động năng của mũi tên
Trường hợp 2: thế năng hấp dẫn của nước chuyển thành động năng (nước chảy)
Trường hợp 3: thế năng hấp dẫn của viên bi chuyển thành động năng. Viên bi
trên đỉnh dốc có thế năng lớn nhất và nó chuyển thành động năng khi viên bi lăn xuống dốc.
Câu 6: Viên bi lăn trên một mặt phẳng nghiêng như trong hình vẽ. Tại vị
trí nào thì thế năng hấp dẫn là lớn nhất, nhỏ nhất ?
Thế năng hấp dẫn phụ thuộc vào chiều cao của vật so với mặt đất. Nên khi
viên bi ở vị trí A thì nó có thế năng hấp dẫn lớn nhất, còn khi nó ở vị trí C thì
nó có thế năng hấp dẫn nhỏ nhất
Câu 7: Một con lắc được treo trên giá, người ta tác động để nó dao động.
Tại vị trí nào thì thế năng hấp dẫn là lớn nhất, nhỏ nhất ?
Thế năng hấp dẫn phụ thuộc vào chiều cao của vật so với mặt đất. Nên khi
con lắc ở vị trí A và C thì nó có thế năng hấp dẫn lớn nhất, còn khi nó ở vị trí
B thì nó có thế năng hấp dẫn nhỏ nhất
Câu 8: Một lò xo treo vật m1 thì giãn một đoạn x1, cùng lò xo ấy khi treo
vật m2 thì giãn đoạn x2. Biết khối lượng m1 < m2. Cơ năng của lò xo ở
dạng nào? So sánh cơ năng của lò xo ở hai trường hợp?
- Lò xo ở cả hai trường hợp đều có cơ năng ở dạng thế năng. Lò xo bị giãn
nên nó có thế năng đàn hồi.
- Do m1 < m2 nên ở trường hợp 2 lò xo bị giãn ra nhiều hơn, do đó thế năng
đàn hồi của lò xo khi treo vật m2 lớn hơn so với khi treo vật m1.
- Vì vậy, cơ năng của lò xo khi treo vật m2 lớn hơn so với khi treo vật m1.
Câu 9: Thả một vật từ độ cao h xuống mặt đất. Hãy cho biết trong quá
trình rơi cơ năng đã chuyển hóa như thế nào?
- Khi bắt đầu thả, thế năng của vật là lớn nhất, và động năng bằng 0.
- Vật rơi xuống (độ cao giảm dần), thế năng của nó cũng giảm dần, còn động
năng của nó tăng dần. Trong quá trình rơi, thế năng đã chuyển hóa thành động năng.
- Khi vật chạm đất, thế năng của nó bằng 0 và động năng của nó là lớn nhất.
Lúc này toàn bộ thế năng đã chuyển hóa thành động năng.
Câu 10: Quan sát trường hợp quả bóng rơi chạm đất, nó nảy lên. Trong
thời gian nảy lên thế năng và động năng của nó thay đổi thế nào?
- Khi chạm đất, động năng của quả bóng là lớn nhất và thế năng của nó bằng 0.
- Sau khi chạm đất, quả bóng nảy lên và trong thời gian nảy lên, động năng
của quả bóng giảm dần và thế năng của quả bóng tăng (chiều cao so với mặt đất tăng).
- Khi động năng của quả bóng giảm xuống bằng 0, thế năng của nó là lớn
nhất, và sau đó, thế năng sẽ chuyển hóa thành động năng khi quả bóng tiếp tục nảy lên.
Document Outline

• Thế năng trọng trường là gì? Phụ thuộc vào những y
  • 1. Thế năng trọng trường là gì?
  • 2. Thế năng trọng trường phụ thuộc vào những yếu t
  • 3. Những bài tập vận dụng liên quan