Thế năng hấp dẫn là gì?
Thế năng hấp dẫn (ký hiệu là GPE hoặc PE) là năng lượng mà một vật có được nhờ vị trí của nó trong trường hấp dẫn. Bạn nâng vật lên càng cao thì thế năng của nó càng lớn — đây là phần năng lượng dự trữ có thể chuyển hóa thành động năng khi vật rơi xuống. Công cụ này tính toán năng lượng dự trữ đó chỉ từ ba đại lượng đơn giản: khối lượng, gia tốc trọng trường và độ cao.
Cách sử dụng máy tính
Bạn hãy nhập khối lượng của vật theo đơn vị kilôgam, giá trị gia tốc trọng trường (dùng 9,81 m/s² cho bề mặt Trái Đất, 1,62 cho Mặt Trăng, hoặc 3,71 cho Sao Hỏa) và độ cao tính bằng mét so với mốc tham chiếu mà bạn chọn. Máy tính sẽ nhân ba giá trị này với nhau và trả về thế năng tính bằng joule (J).
Giải thích công thức
Công thức là $$PE = m \times g \times h$$, trong đó:
\(m\) = khối lượng của vật, tính bằng kilôgam (kg)
\(g\) = gia tốc trọng trường, tính bằng mét trên giây bình phương (m/s²)
\(h\) = độ cao so với mốc tham chiếu, tính bằng mét (m)
Kết quả có đơn vị là joule, với 1 joule = 1 kg·m²/s². Thế năng luôn được đo tương đối so với một mốc độ cao, vì vậy "h" chính là khoảng cách thẳng đứng tính từ điểm mà bạn quy ước là gốc 0.
Ví dụ minh họa
Giả sử một chiếc thùng nặng 10 kg được nâng lên độ cao 5 mét so với mặt đất trên Trái Đất (g = 9,81 m/s²). Khi đó $$PE = 10 \times 9{,}81 \times 5 = 490{,}5 \text{ joule}.$$ Nếu thả chiếc thùng này rơi xuống, toàn bộ 490,5 J sẽ chuyển hóa thành động năng ngay trước khi nó chạm đất.
Câu hỏi thường gặp
Quãng đường di chuyển có ảnh hưởng đến thế năng không? Không. Thế năng hấp dẫn chỉ phụ thuộc vào độ chênh lệch độ cao theo phương thẳng đứng, chứ không phụ thuộc vào con đường đi để đạt được độ cao đó.
Nên dùng giá trị gia tốc trọng trường nào? Hãy dùng 9,81 m/s² cho các phép tính thông thường trên Trái Đất. Với các tình huống ngoài Trái Đất, hãy dùng giá trị tương ứng của hành tinh đó.
Thế năng có thể mang giá trị âm không? Có. Nếu độ cao được đo bên dưới mốc tham chiếu mà bạn chọn, giá trị sẽ âm — điều này đơn giản cho biết vị trí của vật nằm dưới mốc 0.
