Trong vật lý, năng lượng thế năng (potential energy) là một dạng năng lượng được giữ bởi một vật do vị trí của nó so với các vật khác, các lực nén bên trong bản thân, điện tích hoặc các yếu tố khác. Nói cách khác, thế năng là khả năng sinh công của một vật trong một số điều kiện nhất định.
Có nhiều loại thế năng khác nhau, nhưng phổ biến nhất là thế năng trọng trường, thế năng đàn hồi và thế năng điện trường.
Thế năng trọng trường
Thế năng trọng trường là dạng năng lượng phổ biến nhất trong tự nhiên. Nó là năng lượng được giữ bởi một vật do vị trí của nó so với mặt đất hoặc một vật khác được chọn làm mốc.
Công thức tính thế năng trọng trường của một vật có khối lượng m ở độ cao h so với mặt đất là:
U = mgh
Trong đó:
- U là thế năng trọng trường (J)
- m là khối lượng của vật (kg)
- g là gia tốc trọng trường (m/s^2)
- h là độ cao của vật so với mặt đất (m)
Ví dụ, một vật có khối lượng 1 kg được đặt trên mặt đất thì có thế năng trọng trường bằng 0. Nếu vật được nâng lên độ cao 1 m thì thế năng của nó sẽ là 10 J.
Thế năng đàn hồi
Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng được giữ bởi một vật bị biến dạng do lực tác động từ bên ngoài.
Công thức tính thế năng đàn hồi của một lò xo là:
U = 1/2 kx^2
Trong đó:
- U là thế năng đàn hồi (J)
- k là độ cứng của lò xo (N/m)
- x là độ biến dạng của lò xo (m)
Ví dụ, một lò xo có độ cứng 100 N/m khi bị kéo dãn ra 10 cm thì thế năng của nó sẽ là 50 J.
Thế năng điện trường
Thế năng điện trường là dạng năng lượng được giữ bởi một vật điện tích do vị trí của nó trong điện trường.
Công thức tính thế năng điện trường của một vật điện tích q đặt tại một điểm trong điện trường có cường độ điện trường E là:
U = qE
Trong đó:
- U là thế năng điện trường (J)
- q là điện tích của vật (C)
- E là cường độ điện trường (V/m)
Ví dụ, một vật điện tích 1 C đặt trong điện trường có cường độ điện trường 10 V/m thì thế năng của nó sẽ là 10 J.
Ý nghĩa của năng lượng thế năng
Năng lượng thế năng đóng một vai trò quan trọng trong nhiều hiện tượng tự nhiên và trong đời sống. Ví dụ:
- Năng lượng thế năng trọng trường của nước trong hồ chứa được sử dụng để phát điện.
- Năng lượng thế năng đàn hồi của lò xo được sử dụng trong các đồ chơi, máy móc.
- Năng lượng thế năng điện trường của pin được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử.
Tóm lại, năng lượng thế năng là một dạng năng lượng quan trọng trong vật lý. Nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống.
Xem thêm