А еластична потенциална енергия това е един вид потенциална енергия свързани с еластичните свойства на материалите, чиято компресия или еластичност е в състояние да предизвика движение на тела. Неговата мерна единица е джаул и може да се изчисли чрез произведението между еластичната константа и квадрата на деформацията, понесена от еластичния обект, разделено на две.
Знам повече: Електрическа потенциална енергия — форма на потенциална енергия, която изисква взаимодействие на електрически заряди
Обобщение на еластичната потенциална енергия
А енергия Еластичният потенциал е форма на потенциална енергия, свързана с деформацията и удължението на еластичните тела.
Формулата му за изчисление е следната:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
Може също да се изчисли по формулата, която свързва еластичната потенциална енергия с еластичната сила:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
При физически, енергията винаги се запазва, никога не се генерира или унищожава.
Възможно е да се трансформира еластичната потенциална енергия в гравитационна потенциална енергия и/или кинетична енергия.
Еластичната потенциална енергия се преобразува в кинетична енергия по-бавно, отколкото гравитационната потенциална енергия.
Гравитационната потенциална енергия е свързана с изменението на височината на телата, разположени в област с гравитационно поле.
Какво е еластична потенциална енергия?
Еластичната потенциална енергия е един физическо количество мащабиране, свързано с действието, произведено от еластични материали или гъвкав на други тела. Примери за еластични или гъвкави материали са пружини, гуми, ластици. Това е една от формите на потенциална енергия, точно като гравитационната потенциална енергия.
Според Международната система от единици (SI), Мерната му единица е джаул., представена от буквата Дж.
Тя е право пропорционална на еластичната константа и деформацията, понесена от еластичните обекти, следователно, когато те се увеличават, еластичната потенциална енергия също се увеличава.
Формули за еластична потенциална енергия
→ Еластична потенциална енергия
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}\) → еластична потенциална енергия, измерена в джаули \([J]\).
к → еластична константа, измерена в нютони на метър \([N/m]\).
х → деформация на обекта, измерена в метри\([m]\).
Пример:
Определете еластичната потенциална енергия в пружина, която е опъната с 0,5 m, като знаете, че нейната константа на пружината е 200 N/m.
Резолюция:
Ще изчислим еластичната потенциална енергия, използвайки нейната формула:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,25}2\)
\(E_{pel}=25\ J\)
Еластичната потенциална енергия е 25 джаула.
→ Еластична потенциална енергия, свързана с еластична сила
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}\) → еластична потенциална енергия, измерена в джаули \([J]\).
\(жлъчка}\) → еластична сила, т.е. силата, упражнявана от пружината, измерена в нютони \([Н]\).
х → деформация на обекта, измерена в метри \([m]\).
Пример:
Каква е еластичната потенциална енергия в пружина, която е опъната с 2,0 cm, когато е подложена на сила от 100 N?
Резолюция:
Първо ще преобразуваме деформацията от сантиметри в метри:
20 см = 0,2 м
След това ще изчислим еластичната потенциална енергия по формулата, с която я свързва еластична сила:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\ J\)
Еластичната потенциална енергия е 10 джаула.
Приложения на еластичната потенциална енергия
Приложенията на еластичната потенциална енергия се отнасят главно до нейното превръщане в други форми на енергия или до съхраняване на кинетична енергия. По-долу ще видим някои ежедневни примери за неговите приложения.
Автомобилните брони са проектирани да се деформират при удар, като съхраняват максималното количество кинетична енергия и я превръщат в еластична потенциална енергия.
В батута имаме деформация на пружините и еластичния материал, причинявайки енергия еластичен потенциал, който по-късно ще се преобразува в кинетична енергия и потенциална енергия гравитационен.
Някои маратонки имат пружини, които намаляват удара, понесен от движението, при което кинетичната енергия се трансформира в еластична потенциална енергия.
Трансформация на еластичната потенциална енергия
Еластичната потенциална енергия се подчинява на принципа за запазване на енергията, при който енергията винаги се запазва и не може да бъде създадена или унищожена. Поради това тя може да се преобразува в други форми на енергия, като напр кинетична енергия и/или гравитационна потенциална енергия.
Както можем да видим на изображението по-долу, пружината първоначално е компресирана, но когато се освободи, тя придобива движение поради трансформацията на еластичната потенциална енергия в кинетична енергия.
Прочетете също: Запазване на електрическия заряд - невъзможността за създаване или унищожаване на заряди
Предимства и недостатъци на еластичната потенциална енергия
Еластичната потенциална енергия има следните предимства и недостатъци:
Предимство: намалява въздействието, причинено от движението.
Недостатък: преобразува енергията бавно в сравнение с гравитационната потенциална енергия.
Разлики между еластична потенциална енергия и гравитационна потенциална енергия
Еластичната потенциална енергия и гравитационната потенциална енергия са форми на потенциална енергия, свързани с различни аспекти.
Еластична потенциална енергия: свързани с действието на пружините и еластичните предмети върху телата.
Гравитационна потенциална енергия: свързано с промяната във височината на телата, които се намират в област с гравитационно поле.
Решени упражнения за еластична потенциална енергия
Въпрос 1
(Enem) Колите играчки могат да бъдат няколко вида. Сред тях има такива с въже, при които пружина отвътре се компресира, когато детето дърпа количката назад. Когато се освободи, количката започва да се движи, докато пружината се връща в първоначалната си форма. Процесът на преобразуване на енергия, който се извършва в описаната количка, също е проверен в:
А) динамо.
Б) автомобилна спирачка.
В) двигател с вътрешно горене.
Г) водноелектрическа централа.
Д) прашка (прашка).
Резолюция:
Алтернатива Е
В прашката еластичната потенциална енергия от пружината се преобразува в кинетична енергия, което кара обекта да бъде изстрелян.
въпрос 2
(Fatec) Блок с маса 0,60 kg се изпуска от покой в точка А върху пътека във вертикалната равнина. Точка А е на 2,0 m над основата на коловоза, където е фиксирана пружина с константа на пружината 150 N/m. Ефектите от триенето са незначителни и ние приемаме \(g=10m/s^2\). Максималната компресия на пружината е в метри:
А) 0,80
Б) 0,40
В) 0,20
Г) 0,10
Д) 0,05
Резолюция:
Алтернатива Б
Ще използваме теоремата на запазване на механичната енергия за да намерите стойността на максималната компресия, понесена от пружината:
\(E_{m\ преди}=E_{m\ след}\)
А механична енергия е сумата от кинетичната и потенциалната енергия, така че:
\(E_{c\ преди}+E_{p\ преди}=E_{c\ след}+E_{p\ след}\)
Където потенциалната енергия е сумата от еластичната потенциална енергия и гравитационната потенциална енергия. Така че имаме:
\(E_{c\ преди}+E_{pel\ преди}+E_{pg\ преди}=E_{c\ след}+E_{pel\ след}+E_{pg\ след}\)
Тъй като в този случай имаме гравитационна потенциална енергия, преобразуваща се в еластична потенциална енергия, тогава:
\(E_{pg\ преди}=E_{pel\ след}\)
Замествайки съответните им формули, получаваме:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0,16\)
\(x=\sqrt{0,16}\)
\(x=0,4\m\)
От Памела Рафаела Мело
Учител по физика
източник: Бразилско училище - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm
