Thế năng hấp dẫn là gì? Công thức tính và ứng dụng

Thế năng hấp dẫn là gì?

– Thế năng hấp dẫn là dạng năng lượng tiềm ẩn của một vật thể do lực hấp dẫn tác dụng lên vật đó, là thế năng có quan hệ với trọng trường, được giải phóng (chuyển thành động năng) khi các vật rơi về phía nhau.

– Thế năng hấp dẫn là cơ năng của một vật thể phụ thuộc vào độ cao của vật so với mặt đất hoặc vị trí khác được chọn làm mốc để tính độ cao.

Bạn đang xem: Thế năng hấp dẫn là gì? Công thức tính và ứng dụng

– Thế năng hấp dẫn có thể được hiểu là năng lượng mà một vật thể có được do vị trí của nó trong trường hấp dẫn, hay là dạng năng lượng liên quan đến lực hấp dẫn giữa hai vật thể.

– Thế năng hấp dẫn của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật, nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.

– Trong tiếng Anh, “gravitational potential energy” là từ ngữ chuyên môn biểu thị đại lượng thế năng hấp dẫn.

Khi nào có thế năng hấp dẫn?

– Vật có thế năng hấp dẫn khi nó có đang ở trong trọng trường của trái đất, có khả năng thực hiện công.

– Thế năng hấp dẫn tồn tại khi có lực hấp dẫn giữa hai vật thể. Lực hấp dẫn là lực hút giữa hai vật thể có khối lượng, tác dụng lên tất cả các vật thể trong vũ trụ, kể cả các vật thể ở rất xa nhau.

– Thế năng hấp dẫn tồn tại ở mọi nơi trong vũ trụ, độ lơn có thể lớn hoặc nhỏ tùy thuộc vào khối lượng của hai vật thể và khoảng cách giữa chúng.

Đặc điểm của thế năng hấp dẫn

– Thế năng hấp dẫn là một đại lượng vô hướng: Thế năng hấp dẫn không có hướng, chỉ có độ lớn.

– Thế năng hấp dẫn có thể dương, âm hoặc bằng 0:

+ Thế năng hấp dẫn dương khi hai vật thể hút nhau. + Thế năng hấp dẫn âm khi hai vật thể đẩy nhau. + Thế năng hấp dẫn bằng 0 khi hai vật thể không hút nhau.

Xem thêm : Rụng tóc vành khăn ở trẻ nhỏ có đáng lo?

– Độ lớn của thế năng hấp dẫn phụ thuộc vào khối lượng của hai vật thể: Khối lượng càng lớn thì thế năng hấp dẫn càng lớn.

– Thế năng hấp dẫn phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai vật thể: Khoảng cách càng lớn thì thế năng hấp dẫn càng nhỏ.

Công thức tính thế năng hấp dẫn

– Khi một vật có khối lượng m đặt ở độ cao z so với mặt đất (trong trọng trường của Trái Đất) thì thế năng hấp dẫn của vật đó được xác định bằng công thức:

Wt = mgz

Trong đó:

m: khối lượng của vật (kg) g: gia tốc trọng trường (m/s2). z: Độ cao của vật so với gốc thế năng (m) (Mốc thế năng là mặt đất)

– Từ công thức trên, ta có thể tính được:

+ Khối lượng của vật: $m = frac{W_{t}}{gz}$

+ Độ cao của vật so với gốc thế năng: $z = frac{W_{t}}{mg}$

Thế năng hấp dẫn phụ thuộc vào những yếu tố nào?

– Thế năng hấp dẫn phụ thuộc vào khối lượng của vật thể và vị trí của vật so với mặt đất hoặc so với một vị trí khác được chọn làm mốc để tính độ cao. Vật có khối lượng càng lớn và ở càng cao thì thế năng hấp dẫn càng lớn.

+ Khối lượng của vật thể: Khối lượng càng lớn thì thế năng hấp dẫn càng lớn. Ví dụ, một vật có khối lượng 10 kg sẽ có thế năng hấp dẫn lớn hơn một vật có khối lượng 1 kg với cùng khoảng cách. + Khoảng cách giữa hai vật thể: Khoảng cách càng lớn thì thế năng hấp dẫn càng nhỏ. Ví dụ, một vật cách Trái Đất 100 km sẽ có thế năng hấp dẫn nhỏ hơn một vật cách Trái Đất 10 km.

– Ngoài ra, thế năng hấp dẫn còn phụ thuộc vào một số yếu tố khác như:

Xem thêm : Tàu Hà Nội Hải Phòng: Giá vé, giờ chạy và cách đặt vé đơn giản

+ Hằng số hấp dẫn: Hằng số hấp dẫn là một hằng số vật lý đặc trưng cho lực hấp dẫn. Giá trị của hằng số hấp dẫn là 6,674.1011 N.m2/ kg2. + Hình dạng và kích thước của hai vật thể: Nếu hai vật thể có hình dạng và kích thước khác nhau thì thế năng hấp dẫn cũng sẽ khác nhau. Ví dụ, một vật thể có hình cầu sẽ có thế năng hấp dẫn lớn hơn một vật thể có hình khối với cùng khối lượng và khoảng cách.

Ví dụ về thế năng hấp dẫn

– Khi bạn nâng một vật lên cao, bạn đang cung cấp cho vật đó thế năng hấp dẫn. Khi vật rơi xuống, thế năng hấp dẫn của nó sẽ được chuyển hóa thành động năng.

– Khi bạn thả một viên bi từ trên cao xuống, viên bi sẽ rơi xuống với vận tốc tăng dần. Điều này là do thế năng hấp dẫn của viên bi được chuyển hóa thành động năng.

– Trái Đất có lực hấp dẫn giữ cho chúng ta ở trên mặt đất. Nếu không có lực hấp dẫn của Trái Đất, chúng ta sẽ bay lên không trung.

– Mặt Trăng quay quanh Trái Đất do lực hấp dẫn của Trái Đất. Nếu không có lực hấp dẫn của Trái Đất, Mặt Trăng sẽ bay ra ngoài không gian.

Ứng dụng của thế năng hấp dẫn

– Năng lượng thủy điện: là một dạng năng lượng tái tạo sử dụng thế năng hấp dẫn của nước để tạo ra điện. Khi nước được tích trữ ở độ cao cao, nó có thế năng hấp dẫn. Khi nước được giải phóng, thế năng hấp dẫn này được chuyển thành động năng và làm quay tuabin phát điện.

– Năng lượng gió: là một dạng năng lượng tái tạo sử dụng thế năng hấp dẫn của gió để tạo ra điện. Khi gió thổi, nó làm quay cánh quạt của tuabin gió. Cánh quạt quay sẽ truyền động năng cho máy phát điện để tạo ra điện.

– Năng lượng mặt trời: là một dạng năng lượng tái tạo sử dụng năng lượng bức xạ từ mặt trời để tạo ra điện. Ví dụ: Các tấm pin mặt trời sử dụng hiệu ứng quang điện để chuyển đổi năng lượng bức xạ từ mặt trời thành điện. Vệ tinh: Các vệ tinh quay quanh Trái Đất được giữ ở quỹ đạo của chúng nhờ thế năng hấp dẫn. Tốc độ của vệ tinh phải được duy trì ở một mức độ nhất định để cân bằng với lực hấp dẫn của Trái Đất.

– Đồng hồ cơ: Đồng hồ cơ hoạt động nhờ thế năng hấp dẫn của con lắc. Khi con lắc được kéo lên, nó sẽ có thế năng hấp dẫn. Khi con lắc được thả ra, thế năng hấp dẫn này sẽ được chuyển thành động năng và làm con lắc dao động.

– Trong khoa học vũ trụ: Thế năng hấp dẫn là một trong những lực cơ bản của vũ trụ. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành và phát triển của các thiên thể.

– Trong ngành Kỹ thuật: Thế năng hấp dẫn được sử dụng trong các ứng dụng như: Máy bơm nước, máy nâng, máy ép

– Trong đời sống: Thế năng hấp dẫn là một phần không thể thiếu của cuộc sống. Nó giúp chúng ta đứng vững trên mặt đất, đi lại, vận chuyển hàng hóa,…

Nguồn: https://luatduonggia.edu.vn
Danh mục: Tổng hợp