Cơ năng là gì ? Tìm hiểu về cơ năng, động năng và thế năng.

Cơ năng là gì ? Tiếng Anh gọi là Mechanical energy.  Chắc hẳn chúng ta ai cũng đã từng nghe qua khái niệm cơ năng. Đây là khái niệm chúng ta đã học vật lý cấp 2. Chúng ta cùng nhắc lại Cơ năng là gì ? Các vật chuyển động trong đời sống chúng ta điều có cơ năng.

Cơ năng là gì ? Khái niệm về Cơ Năng 

Theo wiki chúng ta biết rằng ” Hiểu một cách đơn giản thì khi một vật có khả năng thực hiện công cơ học,ta nói vật đó có cơ năng. Cơ năng là tổng của động năng và thế năng. Nó là năng lượng kết hợp của chuyển động và vị trí của vật thể. Định luật bảo toàn cơ năng nói rõ, trong một hệ kín thì cơ năng không đổi.

W=Wt+Wđ

Wt là thế năng

Wđ là động năng

Cơ năng có 2 dạng chính là động năng và thế năng.

Trong đó:

Cơ năng của vật khi ở một độ cao nhất định gọi là thế năng. Cơ năng của vật ở độ cao so với mặt đất hoặc so với một vị trí được chọn làm mốc, gọi là thế năng hấp dẫn. Thế năng hấp dẫn bằng 0 khi vật nằm trên mặt đất. Vật có khối lượng càng lớn và ở vị trí càng cao thì thế năng hấp dẫn càng lớn. Trong khi đó, thế năng đàn hồi là cơ năng của vật phụ thuộc vào độ biến dạng của lò xo.

Cơ năng của vật do chuyển động tạo ra gọi là động năng. Vật có khối lượng càng nặng và chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn. Nếu vật đứng yên thì động năng bằng 0.

Định luật bảo toàn cơ năng phát biểu rằng, nếu một vật hoặc hệ vật chỉ chịu những lực bảo toàn, thì cơ năng của vật hoặc hệ vật ấy không đổi. Sự khác nhau giữa lực bảo toàn và lực không bảo toàn là khi một lực bảo toàn di chuyển một vật thể từ vị trí này sang vị trí khác, công sinh ra bởi lực bảo toàn không phụ thuộc vào quãng đường di chuyển. Ngược lại, khi một lực không bảo toàn tác động lên 1 vật thể, công sinh ra bởi lực không bảo toàn phụ thuộc vào quãng đường di chuyển

Động năng là gì ? 

Động năng là dạng năng lượng mà vật có được do nó đang chuyển động. Khi một vật có động năng thì vật đó có thể tác dụng lực lên vật khác và lực này sinh công.

Mọi vật xung quanh chúng ta đều mang năng lượng. Khi một vật tương tác với các vật khác thì giữa chúng có thể trao đổi năng lượng. Quá trình đổi năng lượng này có thể diễn ra dưới những dạng khác nhau như: thực hiện công, tuyền nhiệt, phát ra các tia mang năng lượng.

Thế năng là gì ?

Thế năng là một đại lượng trong vật lý, thể hiện cho khả năng sinh của vật và nó tồn tại dưới dạng năng lượng. Hiện nay, có 2 dạng thế năng đó chính là thế năng đàn hồi và trọng trường. Mỗi loại đều có những đặc điểm và công thức tính khác nhau. Khi một vật có khả năng biến dạng do tác động nào đó đều có khả năng sinh công. Đây được xem như một dạng năng lượng được gọi chung là thế năng đàn hồi. Để tính được thế năng đàn hồi trước hết mọi người phải tính được công của lực đàn hồi.

Thế năng trọng trường là gì?

Thế năng trọng trường đơn thuần nói về trọng trường của một vật. Đây được xem là năng lượng tương tác giữa vật và Trái Đất. Phụ thuộc vào chính vị trí của vật tồn tại trong trọng trường.

Nếu chọn thế năng của vật được đặt tại mặt đất với khối lượng tương ứng là m. Với độ cao của vị trí tương ứng so với trọng trường trái đất tính là z. Suy ra thế năng sẽ được tính bằng công thức: Wt= m.g.z.

Trong đó:

• Wt: Thế năng của vật được đặt tại vị trí z (đơn vị Jun (J)).
• m: Khối lượng của vật (kg)
• z: Độ cao của vật so với mặt đất.

Đặc điểm  của thế năng trọng trường chính là đại lượng vô hướng, có thể rơi vào khoảng >0 =0 hoặc <0

Sự liên kết giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực chính là khi có một vật bắt đầu di chuyển từ vị trí A đến B. Công của trọng lực của vật sẽ được tính bằng hiệu thế năng của trọng trường tại hai vị trí này.

Cụ thể: AAB = Wt (ở A) – Wt

Trong trường hợp vật rơi bởi chính lực hấp dẫn thì sẽ dẫn đến hiện tượng thế năng bị giảm và chuyển thành công để vật rơi tự do.

Còn trường hợp vật được ném lên từ mốc thế năng. Điều này giúp lực ném chuyển thành công. Cũng như cản trở trọng lực đến khi trọng lực giúp vật rơi tự do.

Thế năng được xác định bởi độ cao của vật so với mặt đất (ta có thể không lấy mặt đất mà lấy một vị trí khác làm mốc để tính độ cao) được gọi là thế năng trọng trường. Hay nói cách khác, cơ năng của một vật sẽ phụ thuộc vào độ cao của vật với một điểm xác định làm mốc để tính độ cao. Vật được đặt cách càng cao so với mốc tính thì thế năng càng lớn, khi vật được đặt trên mặt đất hoặc mốc tính thì thế năng trọng trường của vật lúc này bằng 0. Ví dụ như quạt trần so với nền nhà.

Ngoài ra, thế năng trọng trường của vật còn phụ thuộc vào khối lượng của nó. Khối lượng của vật càng nhỏ thì thế năng càng nhỏ.

Thế năng đàn hồi là gì ?

Như mọi người cũng đã biết, khi một vật có khả năng bị biến dạng do một tác động nào đó đều có thể sinh công. Đây được xem là một dạng năng lượng được gọi với cái tên là thế năng đàn hồi. Để có thể tính được dạng thế công này. Trước tiên mọi người phải tính được công của lực đàn hồi trước.

Khi xét một lò xo có chiều là là l0 với độ cứng đàn hồi tính bằng k. Một đầu cố định một đầu gắn vào vật tiến hành kéo ra một đoạn cố định là Δl. Khi đó, lực của đàn hồi sẽ bắt đầu xuất hiện trực tiếp lò xo tác động vào vật đưa vào công thức:

Khi tính toán được lực đàn hồi, mọi người có thể tính được thế năng lực đàn hồi của một vật chịu tác dụng dựa vào công thức sau:

Wđh= 0.5.k.x2

Trong đó:

• Wđh chính là thế năng đàn hồi có đơn vị là J
• k: Độ cứng của lò xo (N.m)
• x: Độ biến dạng của lò xo (m)

Thế năng tĩnh điện là gì ?

Đây được xem là một lực bảo toàn dưới dạng tĩnh điện. Được tính dựa vào công thức φ = q V. Trong đó, q là điện thế và V là điện tích của vật xác định được.

Để có thể tính được q và V thì mọi người cần phải áp dụng hai công thức sau: F = q E

Trên đây là tổng hợp những thông tin giúp mọi người hiểu rõ hơn về thế năng là gì? Tùy thuộc vào mỗi loại thế năng khác nhau để mọi người có thể đưa ra phương pháp tính toán chính xác nhất.

Tìm hiểu thêm : Các đơn vị đo lường SI 

Nguồn bài viết : Internet.

Cám ơn các bạn đã tham khảo bài viết.