Một tảng đá 0,20 kg được giữ ở độ cao 1,30 m phía trên đỉnh của một giếng nước và sau đó thả rơi vào đó. Giếng có chiều sâu 5,0 m. Chọn gốc thế năng tại đỉnh của giếng nước

Để giải bài toán này, ta sẽ áp dụng các công thức tính toán liên quan đến thế năng và lực hấp dẫn.

1. **Thế năng hấp dẫn của hệ hòn đá - Trái đất trước khi đá rơi:**

Thế năng hấp dẫn (U) được tính bằng công thức:
\[
U = mgh
\]
Với:
- \( m = 0,20 \) kg (khối lượng)
- \( g = 9,81 \, \text{m/s}^2 \) (gia tốc trọng trường)
- \( h = 1,30 \) m (chiều cao so với gốc thế năng)

Tính:
\[
U = 0,20 \times 9,81 \times 1,30 = 2,5586 \, \text{J}
\]

2. **Thế năng hấp dẫn của hệ hòn đá - Trái đất khi hòn đá ở đáy giếng:**

Khi hòn đá ở đáy giếng, chiều cao của nó so với gốc thế năng (đáy giếng) là:
\[
h = 1,30 - 5,0 = -3,70 \, \text{m}
\]
(do độ cao hơn mặt đất được tính là dương, còn dưới mặt đất được tính là âm.)

Tính thế năng:
\[
U = 0,20 \times 9,81 \times (-3,70) = -7,2674 \, \text{J}
\]

3. **Độ thay đổi thế năng hấp dẫn của hệ hòn đá từ lúc đầu đến lúc hòn đá ở đáy giếng:**

Độ thay đổi thế năng (ΔU) được tính bằng:
\[
\Delta U = U_{\text{cuối}} - U_{\text{đầu}} = -7,2674 - 2,5586 = -9,826 \, \text{J}
\]

Tóm lại:
- (a) Thế năng hấp dẫn của hệ hòn đá - Trái đất trước khi đá rơi là \( 2,5586 \, \text{J} \).
- (b) Thế năng hấp dẫn của hệ hòn đá - Trái đất khi hòn đá ở đáy giếng là \( -7,2674 \, \text{J} \).
- (c) Độ thay đổi thế năng là \( -9,826 \, \text{J} \).