Chào các em học sinh lớp 10!

Hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập về thế năng, một dạng năng lượng rất quan trọng trong chương trình Vật lý của chúng ta.

Đề bài cho như sau:

Một hòn đá có khối lượng \(m = 200g\) rơi tự do không vận tốc đầu từ một điểm cách mặt đất \(15 m\), tại nơi có gia tốc trọng trường \(g = 9.8m / s ^ 2\). Thế năng của hòn đá ngay khi vừa thả?

Trước hết, chúng ta hãy cùng phân tích các dữ kiện mà đề bài đã cung cấp:

• Khối lượng của hòn đá: \(m = 200g\)
  Chúng ta cần đổi đơn vị khối lượng từ gam sang kilogam để phù hợp với đơn vị chuẩn trong hệ SI. Vậy, \(m = 200g = 0.2 kg\).
• Độ cao của hòn đá so với mặt đất (điểm chọn làm mốc thế năng): \(h = 15 m\).
• Gia tốc trọng trường tại nơi khảo sát: \(g = 9.8 m / s ^ 2\).

Đề bài yêu cầu chúng ta tính Thế năng của hòn đá ngay khi vừa thả.

I. Cơ sở lý thuyết:

Nhắc lại kiến thức về thế năng trọng trường:

Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật, phụ thuộc vào vị trí của vật trong trường hấp dẫn. Công thức tính thế năng trọng trường \(W_t\) được xác định bởi biểu thức:

\(W_t = mgh\)

Trong đó:

• \(m\): khối lượng của vật (đơn vị: kg).
• \(g\): gia tốc trọng trường (đơn vị: \(m/s^2\)).
• \(h\): độ cao của vật so với mốc thế năng (đơn vị: m).

Trong bài toán này, mốc thế năng được chọn là mặt đất.

II. Giải bài toán:

Chúng ta đã có đầy đủ các thông số cần thiết:

• Khối lượng \(m = 0.2 \text{ kg}\).
• Gia tốc trọng trường \(g = 9.8 \text{ m/s}^2\).
• Độ cao \(h = 15 \text{ m}\).

Bây giờ chúng ta sẽ áp dụng công thức để tính toán thế năng của hòn đá ngay khi vừa thả:

Công thức tính thế năng:

\(W_t = mgh\)

Thay các giá trị đã biết vào công thức:

\(W_t = (0.2 \text{ kg}) \times (9.8 \text{ m/s}^2) \times (15 \text{ m})\)

Thực hiện phép tính:

\(W_t = 1.96 \times 15\)

\(W_t = 29.4 \text{ J}\)

III. Kết luận:

Vậy, thế năng của hòn đá ngay khi vừa thả là \(29.4 \text{ J}\).

Các em lưu ý, thế năng là một đại lượng vô hướng và có đơn vị là Jun (J). Việc chọn mốc thế năng rất quan trọng, trong trường hợp này chúng ta chọn mặt đất là mốc nên độ cao \(h\) được tính từ mặt đất lên. Đừng quên đổi đơn vị khối lượng về kilogam trước khi tính toán nhé!

Hy vọng bài giải này giúp các em hiểu rõ hơn về thế năng trọng trường. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi thầy/cô nhé!