أ الطاقة الكامنة المرنة انها نوع من الطاقة الكامنة مرتبطة بالخصائص المرنة للمواد ، التي يكون ضغطها أو مرونتها قادرًا على إنتاج حركة الأجسام. وحدة القياس الخاصة به هي الجول ، ويمكن حسابها من خلال الناتج بين الثابت المرن ومربع التشوه الذي يعاني منه الجسم المرن ، مقسومًا على اثنين.
تعرف أكثر: طاقة الوضع الكهربائي - شكل من أشكال الطاقة الكامنة التي تتطلب تفاعل الشحنات الكهربائية
ملخص الطاقة الكامنة المرن
أ طاقة الجهد المرن هو شكل من أشكال الطاقة الكامنة المرتبطة بتشوه واستطالة الأجسام المرنة.
صيغة الحساب الخاصة به هي كما يلي:
\ (E_ {pel} = \ frac {k \ cdot x ^ 2} 2 \)
يمكن أيضًا حسابها بالصيغة التي تربط الطاقة الكامنة المرنة بالقوة المرنة:
\ (E_ {pel} = \ frac {F_ {pel} \ cdot x} 2 \)
في بدني، يتم الحفاظ على الطاقة دائمًا ، ولا يتم توليدها أو تدميرها أبدًا.
من الممكن تحويل الطاقة الكامنة المرنة إلى طاقة وضع الجاذبية و / أو الطاقة الحركية.
تتحول الطاقة الكامنة المرنة إلى طاقة حركية بشكل أبطأ من طاقة وضع الجاذبية.
ترتبط الطاقة الكامنة للجاذبية باختلاف ارتفاع الأجسام الموجودة في منطقة ذات مجال جاذبية.
ما هي الطاقة الكامنة المرنة؟
الطاقة الكامنة المرنة هي واحد الكمية المادية التحجيم المتعلق بالإجراء الناتج عن المواد المرنة أو مرنة على الهيئات الأخرى. من أمثلة المواد المرنة أو المرنة الزنبركات والمطاط والمطاط المطاطي. إنه أحد أشكال الطاقة الكامنة ، تمامًا مثل طاقة وضع الجاذبية.
حسب النظام الدولي للوحدات (SI), وحدة قياسها هي الجول.، ممثلة بالرسالة ي.
هي تكون يتناسب طرديا مع الثابت المرن والتشوه الذي تعاني منه الأجسام المرنةلذلك ، كلما زادت ، تزداد الطاقة الكامنة المرنة أيضًا.
صيغ الطاقة الكامنة المرنة
→ الطاقة الكامنة المرنة
\ (E_ {pel} = \ frac {k \ cdot x ^ 2} 2 \)
\ (E_ {pel} \) ← الطاقة الكامنة المرنة ، مقاسة بالجول \ ([J] \).
ك ← ثابت مرن ، يقاس بالنيوتن لكل متر \ ([N / م] \).
x → تشوه الجسم ، يقاس بالأمتار\ ([م] \).
مثال:
أوجد الطاقة الكامنة المرنة في زنبرك متوتر بمقدار 0.5 م مع العلم أن ثابت الزنبرك يساوي 200 نيوتن / م.
دقة:
سنحسب الطاقة الكامنة المرنة باستخدام صيغتها:
\ (E_ {pel} = \ frac {k \ cdot x ^ 2} 2 \)
\ (E_ {pel} = \ فارك {200 \ cdot 0.5 ^ 2} 2 \)
\ (E_ {pel} = \ فارك {200 \ cdot 0.25} 2 \)
\ (E_ {pel} = 25 \ J \)
الطاقة الكامنة المرنة هي 25 جول.
→ الطاقة الكامنة المرنة المتعلقة بالقوة المرنة
\ (E_ {pel} = \ frac {F_ {pel} \ cdot x} 2 \)
\ (E_ {pel} \) ← الطاقة الكامنة المرنة ، مقاسة بالجول \ ([J] \).
\ (جال} \) → القوة المرنة ، أي القوة التي يمارسها الزنبرك ، مقاسة بنيوتن \([ن]\).
x → تشوه الجسم ، يقاس بالأمتار \ ([م] \).
مثال:
ما هي الطاقة الكامنة المرنة في زنبرك متوتر بمقدار 2.0 cm عند تعرضه لقوة مقدارها 100 نيوتن؟
دقة:
سنقوم أولاً بتحويل التشوه من سنتيمترات إلى أمتار:
20 سم = 0.2 م
ثم نحسب الطاقة الكامنة المرنة بالصيغة التي تتعلق بها قوة مرنة:
\ (E_ {pel} = \ frac {F_ {pel} \ cdot x} 2 \)
\ (E_ {pel} = \ فارك {100 \ cdot0،2} 2 \)
\ (E_ {pel} = 10 \ J \)
الطاقة الكامنة المرنة هي 10 جول.
تطبيقات الطاقة الكامنة المرنة
تطبيقات الطاقة الكامنة المرنة تشير بشكل أساسي إلى تحولها إلى أشكال أخرى من الطاقة أو إلى تخزين الطاقة الحركية. أدناه سنرى بعض الأمثلة اليومية لتطبيقاته.
تم تصميم مصدات السيارات بحيث تتشوه عندما تتعرض لصدمة ، وتخزن أقصى قدر من الطاقة الحركية وتحويلها إلى طاقة كامنة مرنة.
في الترامبولين ، لدينا تشوه في الينابيع والمادة المرنة ، مما يسبب طاقة الجهد المرن الذي سيتم تحويله لاحقًا إلى طاقة حركية وطاقة كامنة الجاذبية.
تحتوي بعض الأحذية الرياضية على نوابض تقلل من التأثير الذي تتعرض له الحركة ، حيث يتم تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كامنة مرنة.
تحويل الطاقة الكامنة المرنة
تخضع الطاقة الكامنة المرنة لمبدأ الحفاظ على الطاقة ، حيث يتم الحفاظ على الطاقة دائمًا ولا يمكن إنشاؤها أو تدميرها. بسبب هذا ، هي يمكن تحويلها إلى أشكال أخرى من الطاقة ، مثل الطاقة الحركية و / أو طاقة الجاذبية الكامنة.
كما نرى في الصورة أدناه ، يتم ضغط الزنبرك في البداية ، ولكن عند إطلاقه ، يكتسب الحركة بسبب تحول الطاقة الكامنة المرنة إلى طاقة حركية.
اقرأ أيضا: الحفاظ على الشحنة الكهربائية - استحالة تكوين الشحنات أو إتلافها
مزايا وعيوب الطاقة الكامنة المرنة
تتميز الطاقة الكامنة المرنة بالمزايا والعيوب التالية:
ميزة: يقلل من التأثير الناجم عن الحركة.
العيب: يحول الطاقة ببطء مقارنة بالطاقة الكامنة للجاذبية.
الاختلافات بين الطاقة الكامنة المرنة وطاقة الجاذبية الكامنة
تعد الطاقة الكامنة المرنة وطاقة الجاذبية الكامنة من أشكال الطاقة الكامنة المتعلقة بجوانب مختلفة.
الطاقة الكامنة المرنة: المرتبطة بفعل الينابيع والأجسام المرنة على الجسم.
طاقة الجاذبية الكامنة: يرتبط باختلاف ارتفاع الأجسام الموجودة في منطقة ذات مجال جاذبية.
تمارين حلها على الطاقة الكامنة المرنة
السؤال رقم 1
(العدو) يمكن أن تكون سيارات اللعب من عدة أنواع. من بينها ، هناك حبال ، يتم فيها ضغط زنبرك بالداخل عندما يسحب الطفل عربة الأطفال للخلف. عند تحرير العربة ، تبدأ العربة بالحركة بينما يعود الزنبرك إلى شكله الأولي. يتم أيضًا التحقق من عملية تحويل الطاقة التي تتم في العربة الموصوفة في:
أ) دينامو.
ب) فرامل السيارة.
ج) محرك احتراق.
د) محطة كهرومائية.
ه) مقلاع (مقلاع).
دقة:
البديل ه
في المقلاع ، يتم تحويل الطاقة الكامنة المرنة من الزنبرك إلى طاقة حركية ، مما يؤدي إلى إطلاق الجسم.
السؤال 2
(فاتك) كتلة كتلتها 0.60 كجم تم إسقاطها من السكون عند النقطة A على مسار في المستوى الرأسي. النقطة A هي 2.0 متر فوق قاعدة المسار ، حيث يتم تثبيت زنبرك ثابت الزنبرك 150 نيوتن / متر. آثار الاحتكاك لا تذكر ونحن نتبناها \ (ز = 10 م / ث ^ 2 \). الحد الأقصى لضغط الزنبرك بالأمتار:
أ) 0.80
ب) 0.40
ج) 0.20
د) 0.10
هـ) 0.05
دقة:
البديل ب
سوف نستخدم نظرية الحفاظ على الطاقة الميكانيكية لإيجاد قيمة أقصى ضغط يتعرض له الزنبرك:
\ (E_ {م \ قبل} = E_ {م \ بعد} \)
أ الطاقة الميكانيكية هو مجموع الطاقات الحركية والطاقات الكامنة ، لذلك:
\ (E_ {c \ before} + E_ {p \ before} = E_ {c \ after} + E_ {p \ after} \)
حيث الطاقة الكامنة هي مجموع الطاقة المرنة الكامنة وطاقة الجاذبية الكامنة. اذا لدينا:
\ (E_ {c \ before} + E_ {pel \ before} + E_ {pg \ before} = E_ {c \ after} + E_ {pel \ after} + E_ {pg \ after} \)
نظرًا لأنه ، في هذه الحالة ، لدينا طاقة وضع الجاذبية تتحول إلى طاقة وضع مرنة ، إذن:
\ (E_ {pg \ before} = E_ {pel \ after} \)
استبدال الصيغ الخاصة بكل منها ، نحصل على:
\ (m \ cdot g \ cdot h = \ frac {k \ cdot x ^ 2} 2 \)
\ (0،6 \ cdot 10 \ cdot 2 = \ frac {150 \ cdot x ^ 2} 2 \)
\ (12 = 75 \ cdot × ^ 2 \)
\ (x ^ 2 = \ frac {12} {75} \)
\ (س ^ 2 = 0.16 \)
\ (س = \ الجذر التربيعي {0،16} \)
\ (س = 0.4 \ م \)
بقلم باميلا رافايلا ميلو
مدرس الفيزياء
مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm
