Độ biến thiên thế năng trong quá trình vật rơi tự do được xác định như thế nào ? Nêu công thức các trường hợp khi vật rơi và khi vật được ném lên
Độ biến thiên thế năng trong quá trình vật rơi tự do được xác định như thế nào ? Nêu công thức các trường hợp khi vật rơi và khi vật được ném lên
Đáp án:
Giải thích các bước giải:
Định nghĩa thế năng và trọng trường
Xung quanh trái đất tồn tại một trọng trường.
Trọng trường là môi trường xung quanh Trái đất mà trong đó có xuất hiện trọng lực (lực thế) tác dụng lên mọi vật đặt trong đó. Lực thế là lực mà tạo ra công chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối, không phụ thuộc vào hình dáng đường đi của lực. Thế năng là năng lượng được sinh ra do lực thế.
Biểu hiện trọng trường là sự xuất hiện của trọng lực tác dụng lên một vật khối lượng m đặt tại một vị trí bất kì trong khoảng không gian có trọng trường.
Công thức thế năng trọng trường
Thế năng trọng trường là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và một vật; phụ thuộc vào vị trí của vật đó trong trọng trường.
Xem mặt đất là mốc thế năng thì mọi vật ở cao hơn so với mặt đất thì đều có khả năng sinh công, tức là đều mang theo năng lượng. Năng lượng này gọi là thế năng hấp dẫn Wt.
Thế năng hấp dẫn của một vật là dạng lực tương tác giữa Trái Đất và vật,gọi là trọng lực Trọng lượng chính là độ lớn của trọng lực, nó chỉ phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường qua biểu thức:P = Wt = m.g.h
Trong đó:
Wt: thế năng của vật trong trọng trường (J).
m là khối lượng vật (kg).
g là vec tơ gia tốc trọng trường (ms2/).
h là độ cao của vật (m) (khi một vật có khối lượng m đặt ở vị trí có độ cao h so với mặt đất, xem mặt đất là mốc có thế năng bằng 0).
Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực.
Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ vị trí A đến vị trí B thì công của trọng lực của vật có giá trị bằng hiệu thế năng trong trường tại A và B.
AAB = Wt (tại A) – Wt(tại B).
Khi vật rơi bởi lực hấp dẫn thì sự giảm thế năng chuyển thành công giúp vật rơi tự do.
Khi vật được ném lên từ mốc thế năng thì lực ném chuyển thành công cản trở chống lại trọng lực cho đến khi triệt tiêu và trọng lực lại giúp vật rơi tự do.
Công thức tính thế năng đàn hồi
Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
Công thức tính thế năng đàn hồi của lò xo:
Wđh=12k(l−lo)2
Wđh: thế năng đàn hồi (J).
k: độ cứng của lò xo (N/m).
l: vị trí lò xo lúc đầu (m).
lo vị trí lò xo lúc sau(m).
Ví dụ 1: Một lò xò bị nén 5 cm, độ cứng lò xo k = 100N/m, thế năng đàn hồi của lò xo là?
Hướng dẫn:
Đổi 5cm = 0,05m.
Theo công thức ta có:
Wđh=12×100×0,052=0,125 (J).
Ví dụ 2. Cho một lò xo nằm ngang ở trạng thái ban đầu không bị biến dạng. Khi tác dụng một lực F = 3 N vào lò xo theo phương của lò xo, ta thấy nó dãn ra được 2 cm.
Tìm độ cứng lò xo và xác định giá trị thế năng đàn hồi của lò xo khi nó dãn ra được 2 cm.
Giải:
Độ cứng của lò xo :
Ta có: F=k.(l−lo)⇒k=Fl−lo=30,02=150N/m= 150 N/m
Thế năng đàn hồi của lò xo khi nó dãn ra được 2 cm:
Wđh=12k.(l−lo)2 =12.150.0,022=0,03 (J)