Thế năng đàn hồi là gì? Ký hiệu, công thức tính thế năng đàn hồi
Thế năng đàn hồi là một trong những kiến thức vật lý đã được học ở chương trình THPT. Tuy nhiên để áp dụng vào bài tập hay thực tế, các bạn cần phải nắm rõ và hiểu một cách chi tiết nhất về kiến thức. Trong bài viết hôm nay, thietbimaycongnghiep.net sẽ tổng hợp lại tất cả các khái niệm, công thức và cách tính thế năng đàn hồi một cách chi tiết nhất. Mời các bạn cùng tham khảo.
Contents
Thế năng đàn hồi là gì?
Trước khi tìm hiểu về thế năng đàn hồi, chúng tôi sẽ phân tích qua về khái niệm thế năng là gì để các bạn có thể nắm được kiến thức một cách chi tiết nhất.
Thế năng là gì?
Thế năng là một đại lượng vật lý, thể hiện cho khả năng sinh công của các vật. Và nó tồn tại dưới 1 dạng năng lượng. Hiện nay có 3 loại thế năng đó chính là: Thế năng đàn hồi, thế năng trọng trường và thế năng tĩnh điện.
Thế năng đàn hồi là gì?
Thế năng đàn hồi chính là thế năng lực đàn hồi của lò xo lý tưởng. Hay nói một cách dễ hiểu hơn là lực đàn hồi của lò xo lý tưởng là lực bảo toàn, thế năng trong trường hợp này chính là thế năng đàn hồi. Bởi khi một vật bị biến dạng do một tác động nào đó đều có thể sinh công và dạng năng lượng đó được xem là thế năng đàn hồi.
Thế năng đàn hồi tiếng anh là elastic potential energy.
Ví dụ: Thế năng đàn hồi của lò xo khi bị nén.
Ký hiệu thế năng đàn hồi là gì?
Trong chương trình Vật lý lớp 10, ký hiệu của thế năng đàn hồi được quy định là jun, ký hiệu là J
Công thức thế năng đàn hồi
Để dễ hiểu hơn về công thức của thế năng đàn hồi, chúng tôi sẽ đặt vào trường hợp cụ thể như sau: Một lò xo có chiều dài là l0 và có độ cứng đàn hồi được tính bằng k. Nếu gắn cố định 1 đầu lò xo vào vật, đầu còn lại kém ra 1 đoạn cố định là Δl. Khi đó lực đàn hồi sẽ bắt đầu xuất hiện. Khi đó, thế năng đàn hồi được tính bằng biểu thức như sau:
Wđh= 0.5*k*x2 hoặc Wđh = k*x2/2
Trong đó:
- Wđh: chính là thế năng đàn hồi
- k: là độ cứng của lò xo được đo bằng đơn vị N.m
- x: là độ biến dạng của lò xò được đo bằng đơn vị m
Ví dụ cụ thể: Một lò xò thẳng đứng với độ cứng k = 200 N/m. Khi có lực tác động trực tiếp, lò xo bị kéo dãn ra khoảng 3cm. Hỏi thế năng đàn hồi của lò xo thẳng đứng này là bao nhiêu?
Giải: Áp dụng công thức tính thế năng đàn hồi: Wđh = 0.5*k*x2 = 0.5 * 200 * (300-2)2 = 0,09 (j).
Thế năng đàn hồi xuất hiện khi nào?
Thế năng đàn hồi xuất hiện khi có lực tác dụng lên vật khiến cho vật đó bị biến dạng. Ví dụ như: Chiếc lò xo bị kéo dãn, quả bóng khi rơi xuống sân, chai nhựa bị bóp méo, quả bóng bàn bị méo,… Tất cả những vật này khi bị lực tác động làm biến dạng và tạo ra thế năng đàn hồi.
Thế năng trọng trường là gì?
Nói một cách đơn giản nhất thì thế năng trọng trường chính là dạng năng lượng tương tác giữa một vật và Trái đất, phụ thuộc vào vị trí của vật đó trong trọng trường. Ngoài tên gọi là thế năng trọng trường thì thế năng này còn được gọi là thế năng hấp dẫn.
Ví dụ: Chim đậu trên cây, quả bóng mắc kẹt trên cây, …
Công thức để tính thế năng trọng trường là Wt = mgz
Trong đó:
- m: là khối lượng, đơn vị là kg
- g: là vectơ gia tốc trọng trường, có hằng số là 9,81
- z: là độ cao, đơn vị tính là m
Thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi khác nhau như thế nào?
Ngay ở phần định nghĩa đã có thể thấy được sự khác biệt của thế năng đàn hồi và thế năng trọng trường. Bởi thế năng trọng trường là dạng năng lượng sinh ra giữa Trái đất và 1 vật. Còn thế năng đàn hồi là năng lượng sinh ra khi vật chịu 1 lực tác động và bị biến dạng.
Bài tập về thế năng đàn hồi nâng cao và cơ bản
Để có thể nắm vững được kiến thức về thế năng đàn hồi, chúng tôi sẽ đưa ra một số dạng bài thế năng đàn hồi sau đây và cách giải chi tiết nhất.
Bài tập trắc nghiệm thế năng đàn hồi
Chọn câu sai về thế năng đàn hồi
Dựa vào kiến thức đã học về khái niệm thế năng đàn hồi, bạn hãy chọn ra câu phát biểu sai về thế năng đàn hồi trong 4 câu sau.
- Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng dự trữ của những vật bị biến dạng
- Thế năng đàn hồi phụ thuộc vào vị trí cân bằng ban đầu của vật
- Trong giới hạn đàn hồi khi vật bị biến dạng càng nhiều thì vật có khả năng sinh công càng lớn
- Thế năng đàn hồi tỉ lệ với bình phương độ biến dạng.
→ Câu trả lời là B. Bởi vì thế năng phụ thuộc vào vị trí được chọn làm mốc tùy theo người đặt, chứ không nhất thiết là phải vị trí cân bằng ban đầu.
Vật nào sau đây có thế năng đàn hồi
Dựa vào kiến thức đã học ở thế năng đàn hồi lớp 8, trong 4 đáp án sau đây, vật nào có thế năng đàn hồi
- Cây gậy bóng chày
B: Bóng đèn sợi tóc
C: Quả banh tennis khi chạm sân
D: Quả banh tennis khi đang bay trên không trung
→ Đáp án là C. Khi quả banh tennis chạm sân sẽ bị biến dạng vì có lực tác động trực tiếp gây ra sự đàn hồi.
Bài tập tự luận thế năng đàn hồi lớp 10 nâng cao
Cho một lò xo nằm ngang ở trạng thái ban đầu không bị biến dạng. khi tác dụng một lực F= 3N kéo lò xo cùng theo phương nằm ngang, ta thấy nó dãn được 2cm.
- a) Tìm độ cứng của lò xo.
- b) Xác định giá trị thế năng đàn hồi của lò xo khi nó dãn được 2cm
Giải
a, Tìm độ cứng của lò xo
Ta co công thức /F/ = k*x ta suy ra được công thức k = F/x = 3/0,05 = 150N/m
→ độ cứng lò xo là 150 N/m
b, Xác định thế năng đàn hồi của lò xo khi dãn đc 2cm.
Ta có công thức Wđh = k*x2/2 = 1/2 *150.0,02 = 0.03J
→ Thế năng đàn hồi của lò xò là 0.03 Jun
Trên đây là toàn bộ những thông tin chi tiết, cụ thể nhất về thế năng đàn hồi và ví dụ về các dạng bài tập thường gặp. Hy vọng qua đây sẽ giúp các bạn nắm rõ hơn, kỹ hơn về kiến thức vật lý này để áp dụng vào bài kiểm tra, bài thi và trong thực tế. Đừng quên ghé thêm website thietbimaycongnghiep.net của chúng tôi để cập nhật thêm nhiều bài viết hữu ích khác nhé. Cảm ơn các bạn đã đọc tin.