Thế năng hấp dẫn trong chương trình vật lí lớp 10 hay thế năng của trường lực hấp dẫn, thế năng đàn hồi hay thế năng lực đàn hồi của lò xo là dạng năng lượng đặc biệt phụ thuộc vào hệ quy chiếu ta chọn
Thế năng là đại lượng vật lí đặc trưng cho khả năng sinh công của vật. Thế năng là một dạng năng lượng (năng lượng tiềm năng).
I/ Thế năng hấp dẫn:
a/ Lực thế và trường trọng lực
Lực thế: là loại lực mà công của lực đó sinh ra không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu và điểm cuối trong quá trình chuyển động của vật. => trọng lực hay lực hấp dẫn của trái đất của trái đất lên các vật là lực thế.
Trường trọng lực (trọng trường): là môi trường bao quanh trái đất mà biểu hiện của nó là tác dụng lực thế lên các vật khác đặt trong đó.
b/ Công của trọng lực:
thả một vật có khối lượng m ở độ cao z rơi tự do xuống mặt đất, khi chạm đất, công của trọng lực P sinh ra là
A1 = P.z = mgz
với cùng vật đó, ta cho vật trượt không ma sát trên mặt phẳng nghiêng cùng độ cao z so với mặt đất, khi đó công của trọng lực P là
A2 = P1.BC = Psinα.BC = mg.BC.sinα = mgz
2/ Thế năng hấp dẫn:
$W_{t }$= mgz
Trong đó:
- W$_{t}$: thế năng của vật trong trọng trường (J)
- m: khối lượng của vật (kg)
- g: gia tốc trọng trưởng (gia tốc rơi tự do) (m/s2)
- z: độ cao của vật so với gốc thế năng (thường chọn tại mặt đất)
Tại mặt đất z=0 => $W_{t}$=0 hay nói cách khác gốc của thế năng được chọn tại mặt đất.
3/ Liên hệ giữa biến thiên thế năng trọng trường và công của trọng lực
Thả một vật khối lượng m rơi tự do ở độ cao z1 xuống mặt đất
công của trọng lực khi vật đi đến vị trí điểm B là:
A = P.s = mg.(z1 – z2) = mgz1 – mgz2= $W_{t1}$ – $W_{t2}$ = -Δ$W_{t}$
Δ$W_{t}$ gọi là độ biến thiên thế năng của vật chuyển động trong trọng trường
A = mgz1 – mgz2 =$W_{t1}$ – $W_{t2}$ = –Δ$W_{t}$
- Khi vật rơi tự do trong trọng trường: $W_{t1}$ > $W_{t2 }$ => Δ$W_{t}$ < 0 => A > 0 độ giảm thế năng của vật chuyển động trong trọng trường chuyển thành công phát động giúp vật rơi tự do trong trọng trường.
- Khi vật được ném lên từ mặt đất: $W_{t1}$ < $W_{t2}$ => Δ$W_{t}$ > 0 => A < 0 => độ tăng thế năng của vật chuyển động trọng trường chuyển thành công cản tiêu hao dần phần năng lượng mà ta cung cấp cho vật ban đầu (ném lên) cho đến hết, lúc đó vật đạt độ cao cực đại rồi rơi xuống mặt đất.
II/ Thế năng đàn hồi:
Thế năng đàn hồi: là thế năng của vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi được xác định bằng biểu thức
$W_{đh } = \dfrac{kx^{2}}{2}=0,5kx^2$
trong đó:
- $W_{đh}$: thế năng đàn hồi (J)
- k: độ cứng của lò xo (N/m)
- x: độ biến dạng của lò xo (m)