Thế năng
Bài 26:
Nước trên đập cao, dây cung bị kéo căng, lò xo bị biến dạng có khả năng thực hiện công hay không?
Các vật này đều có khả năng thực hiện công, nghĩa là chúng đều mang năng lượng. Dạng năng lượng này gọi là thế năng.
Dây cung được kéo căng có khả năng sinh công làm mũi tên bay đi
Lò xo bị biến dạng có khả năng sinh công làm tay di chuyển
Dòng nước khi chảy xuống làm quay tua bin phát điện
1. Trọng trường
Thả vật tại bất kỳ vị trí nào trong khoảng không gian xung quanh Trái Đất vật đều rơi tự do (bỏ qua mọi lực cản). Vì vật luôn chịu tác dụng của lực hấp dẫn do Trái Đất gây ra. Lực này là trọng lực .
Và ta nói xung quanh Trái Đất tồn tại một trường tác dụng lực lên mọi vật có khối lượng, gọi là trường trọng lực hay trọng trường.
Vậy trọng trường là gì ?
1. Trọng trường
Công thức của trọng lực:
 
Trọng trường là khoảng không gian xung quanh Trái Đất. Biểu hiện của nó là sự xuất hiện trọng lực tác dụng lên một vật đặt trong nó.
1. Trọng trường
 
Tại sao búa lại có thể làm cho cột bê tông chuyển động?
2. Thế năng trọng trường
Khi một vật ở độ cao z so với mặt đất thì vật đó có khả năng sinh công, nghĩa là vật mang năng lượng. Dạng năng lượng này gọi là thế năng trọng trường ( hay thế năng hấp dẫn)
a. Định nghĩa
Trong ví dụ: Khi quả tạ búa máy được đưa lên càng cao thì khả năng sinh công càng lớn
 thế năng trọng trường của búa phụ thuộc vào vị trí.
O
z
z
Trong ví dụ búa máy rơi từ độ cao z (không vận tốc đầu). Khi rơi xuống đất, trọng lực thực hiện công

2. Thế năng trọng trường
b. Biểu thức
A = Pz
A = mgz
m: khối lượng của vật (kg)
g: gia tốc rơi tự do(m/s2)
z: tọa độ của vật so với mốc thế năng (chiều dương của z hướng lên) (m)
Wt: thế năng. Đơn vị: Jun (J)
 Muốn xác định thế năng trọng trường phải chọn mốc thế năng.
2. Thế năng trọng trường
*Chú ý: Thế năng phụ thuộc vào việc chọn mốc.
Thế năng tại mốc bằng 0.
Wt > 0: ở vị trí cao hơn mốc
Wt < 0: ở vị trí thấp hơn mốc
Chọn mốc thế năng tại O thì tại điểm nào Wt= 0, Wt > 0, Wt <0?
+ Thế năng = 0 tại vị trí …..
+ Thế năng > 0 tại vị trí ….
+ Thế năng < 0 tại vị trí ….
O
A
B
3. Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực:
z
B
O
zC
zB
C
H
 
 
 
 
 
 
 
Công của trọng lực không phụ thuộc vào hình dạng đường đi, chỉ phụ thuộc vào vị trí đầu và vị trí cuối.
Lực có tính chất như vậy gọi là lực thế.
+ Khi vật giảm độ cao, thế năng của vật giảm thì trọng lực sinh công dương
+ Khi vật tăng độ cao, thế năng của vật tăng thì trọng lực sinh công âm.
Hệ quả:
3. Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực:
k là độ cứng của lò xo (N/m)
l là độ biến dạng của lò xo (m)
Lúc biến dạng lò xo có độ dài l = l0 + l
1. Công của lực đàn hồi
Lực F này có thể sinh công. Khi đưa lò xo từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng thì công thực hiện bởi lực đàn hồi
k là độ cứng của lò xo (N/m)
l là độ biến dạng của lò xo (m)
Khi lò xo ở trạng thái biến dạng thì hệ gồm vật nhỏ có thế năng đàn hồi
2. Thế năng đàn hồi
Thế năng đàn hồi bằng công của lực đàn hồi
Dòng nước ở trên cao có thế năng lớn, khi chảy xuống chuyển thành động năng làm quay tua bin phát điện trong nhà máy thủy điện
Con người có thể khai thác và sử dụng thế năng trọng trường vào đời sống không? Bằng cách nào?
Câu 1. Một học sinh hạ 1 quyển sách khối lượng m xuống dưới 1 khoảng h với vận tốc không đổi v. Công đã thực hiện bởi trọng lực là:
Dương B. Âm
C. Bằng O D. Không xác định được
Câu 2. Một vật có khối lượng 10 kg, lấy g = 10 m/s2.
a/ Tính thế năng của vật tại A cách mặt đất 3m về phía trên và tại đáy giếng cách mặt đất 5m với gốc thế năng tại mặt đất.
b/ Nếu lấy mốc thế năng tại đáy giếng, hãy tính lại kết quả câu trên
c/ Tính công của trọng lực khi vật chuyển từ đáy giếng lên độ cao 3m so với mặt đất. Nhận xét kết quả thu được.
a/ Lấy gốc thế năng tại mặt đất z = 0
+ Tại độ cao z1 = 3m: Wt1 = mgz1 = 60J
+ Tại mặt đất z2 = z = 0: Wt2 = mgz2 = 0
+ Tại đáy giếng z3 = -3m: Wt3 = mgz3 = - 100J

Lời giải:
Câu 2. Một vật có khối lượng 10 kg, lấy g = 10 m/s2.
a/ Tính thế năng của vật tại A cách mặt đất 3m về phía trên và tại đáy giếng cách mặt đất 5m với gốc thế năng tại mặt đất.
b/ Nếu lấy mốc thế năng tại đáy giếng, hãy tính lại kết quả câu trên
c/ Tính công của trọng lực khi vật chuyển từ đáy giếng lên độ cao 3m so với mặt đất. Nhận xét kết quả thu được.
b/ Lấy mốc thế năng tại đáy giếng
+ Tại độ cao 3m so mặt đất thì z1 = 8m: Wt1 = mgz1 = 160J
+ Tại mặt đất thì z2 = 5m: Wt2 = mgz2 = 100 J
+ Tại đáy giếng thì z3 = 0: Wt3 = mgz3 = 0

Lời giải:
Câu 2. Một vật có khối lượng 10 kg, lấy g = 10 m/s2.
a/ Tính thế năng của vật tại A cách mặt đất 3m về phía trên và tại đáy giếng cách mặt đất 5m với gốc thế năng tại mặt đất.
b/ Nếu lấy mốc thế năng tại đáy giếng, hãy tính lại kết quả câu trên
c/ Tính công của trọng lực khi vật chuyển từ đáy giếng lên độ cao 3m so với mặt đất. Nhận xét kết quả thu được.
Công của trọng lực khi vật chuyển từ đáy giếng lên độ cao 3m so với mặt đất.
A31 = Wt3 – Wt1
+ Khi lấy mốc thế năng tại mặt đất: A31 = Wt3 – Wt1 = -100 – 60 = -160J
+Khi lấy mốc thế năng  đáy giếng: A31 = Wt3 – Wt1 = 0 – 160 = -160J
Lời giải: