A elastická potenciální energie je to druh potenciální energie spojené s elastickými vlastnostmi materiálů, jejichž stlačení nebo elasticita je schopna vyvolat pohyb těles. Jeho měrnou jednotkou je Joule a lze ji vypočítat součinem mezi elastickou konstantou a druhou mocninou deformace, kterou pružný objekt utrpěl, děleným dvěma.
Vědět více: Elektrická potenciální energie — forma potenciální energie, která vyžaduje interakci elektrických nábojů
Shrnutí elastické potenciální energie
A energie Elastický potenciál je forma potenciální energie spojená s deformací a prodloužením pružných těles.
Jeho výpočetní vzorec je následující:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
Lze ji také vypočítat podle vzorce, který dává do vztahu elastickou potenciální energii k elastické síle:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
Na fyzickýEnergie se vždy šetří, nikdy se nevytváří ani nezničí.
Elastickou potenciální energii je možné transformovat na gravitační potenciální energii a/nebo kinetickou energii.
Elastická potenciální energie se mění na kinetickou energii pomaleji než gravitační potenciální energie.
Gravitační potenciální energie souvisí s výškovou variací těles umístěných v oblasti s gravitačním polem.
Co je elastická potenciální energie?
Elastická potenciální energie je jeden Fyzické množství škálování související s působením vyvolaným elastickými materiály nebo flexibilní na jiných tělech. Příklady elastických nebo pružných materiálů jsou pružiny, pryže, elastika. Je to jedna z forem potenciální energie, stejně jako gravitační potenciální energie.
Podle mezinárodní soustavy jednotek (SI), Jeho měrnou jednotkou je Joule., zastoupený dopisem J.
Je přímo úměrné elastické konstantě a deformaci, kterou utrpí elastické předměty, proto, jak se zvětšují, roste i elastická potenciální energie.
Vzorce elastické potenciální energie
→ Elastická potenciální energie
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}\) → elastická potenciální energie, měřená v joulech \([J]\).
k → konstanta pružnosti, měřená v Newtonech na metr \([N/m]\).
X → deformace objektu, měřená v metrech\([m]\).
Příklad:
Určete elastickou potenciální energii v pružině, která je napjatá o 0,5 m s vědomím, že její konstanta pružiny je 200 N/m.
Rozlišení:
Elastickou potenciální energii vypočítáme pomocí jejího vzorce:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,25}2\)
\(E_{pel}=25\ J\)
Elastická potenciální energie je 25 Joulů.
→ Elastická potenciální energie související s elastickou silou
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}\) → elastická potenciální energie, měřená v joulech \([J]\).
\(Žluč}\) → elastická síla, tj. síla vyvíjená pružinou, měřená v Newtonech \([N]\).
X → deformace objektu, měřená v metrech \([m]\).
Příklad:
Jaká je elastická potenciální energie v pružině, která je napnuta o 2,0 cm při působení síly 100 N?
Rozlišení:
Nejprve převedeme deformaci z centimetrů na metry:
20 cm = 0,2 m
Potom vypočteme elastickou potenciální energii podle vzorce, ke kterému se vztahuje elastická síla:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\ J\)
Elastická potenciální energie je 10 Joulů.
Aplikace elastické potenciální energie
Aplikace elastické potenciální energie se týkají především její přeměny na jiné formy energie nebo ukládání kinetické energie. Níže uvidíme některé každodenní příklady jeho aplikací.
Nárazníky automobilů jsou navrženy tak, aby se při nárazu zdeformovaly, uložily maximální množství kinetické energie a přeměnily ji na elastickou potenciální energii.
U trampolíny dochází k deformaci pružin a elastického materiálu, což způsobuje energii elastický potenciál, který se později přemění na kinetickou energii a potenciální energii gravitační.
Některé tenisky mají pružiny, které snižují náraz způsobený pohybem, při kterém se kinetická energie přeměňuje na elastickou potenciální energii.
Transformace elastické potenciální energie
Elastická potenciální energie se řídí principem zachování energie, ve kterém je energie vždy zachována a nemůže být vytvořena nebo zničena. Díky tomu ona lze přeměnit na jiné formy energie, jako např Kinetická energie a/nebo gravitační potenciální energie.
Jak můžeme vidět na obrázku níže, pružina je zpočátku stlačena, ale po uvolnění získává pohyb v důsledku přeměny elastické potenciální energie na kinetickou energii.
Přečtěte si také: Zachování elektrického náboje — nemožnost náboje vytvořit nebo zničit
Výhody a nevýhody elastické potenciální energie
Elastická potenciální energie má následující výhody a nevýhody:
Výhoda: snižuje náraz způsobený pohybem.
Nevýhoda: přeměňuje energii pomalu ve srovnání s gravitační potenciální energií.
Rozdíly mezi elastickou potenciální energií a gravitační potenciální energií
Elastická potenciální energie a gravitační potenciální energie jsou formy potenciální energie související s různými aspekty.
Elastická potenciální energie: spojené s působením pružin a pružných předmětů na tělesa.
Gravitační potenciální energie: spojené se změnou výšky těles, která se nacházejí v oblasti s gravitačním polem.
Řešená cvičení na elastickou potenciální energii
Otázka 1
(Enem) Autíčka mohou být několika typů. Mezi nimi jsou ty na lanový pohon, u kterých se uvnitř stlačí pružina, když dítě táhne kočárek dozadu. Po uvolnění se vozík začne pohybovat, zatímco pružina se vrátí do původního tvaru. Proces přeměny energie, který probíhá v popsaném vozíku, je také ověřen v:
A) dynamo.
B) brzda automobilu.
C) spalovací motor.
D) vodní elektrárna.
E) prak (prak).
Rozlišení:
Alternativa E
V praku se pružná potenciální energie z pružiny přemění na kinetickou energii, což způsobí uvolnění předmětu.
otázka 2
(Fatec) Blok o hmotnosti 0,60 kg je shozen z klidu v bodě A na dráhu ve svislé rovině. Bod A je 2,0 m nad patou koleje, kde je upevněna pružina s konstantní pružinou 150 N/m. Účinky tření jsou zanedbatelné a přijímáme je \(g=10m/s^2\). Maximální stlačení pružiny je v metrech:
A) 0,80
B) 0,40
C) 0,20
D) 0,10
E) 0,05
Rozlišení:
Alternativa B
Použijeme větu o zachování mechanické energie zjistit hodnotu maximálního stlačení pružiny:
\(E_{m\ před}=E_{m\ po}\)
A mechanická energie je součet kinetické a potenciální energie, takže:
\(E_{c\ před}+E_{p\ před}=E_{c\ za}+E_{p\ za}\)
Kde potenciální energie je součtem elastické potenciální energie a gravitační potenciální energie. Takže máme:
\(E_{c\ před}+E_{pel\ před}+E_{pg\ před}=E_{c\ za}+E_{pel\ za}+E_{pg\ za}\)
Protože v tomto případě máme gravitační potenciální energii přeměňující se na elastickou potenciální energii, pak:
\(E_{pg\ before}=E_{pel\ after}\)
Nahrazením jejich příslušných vzorců získáme:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0,16\)
\(x=\sqrt{0,16}\)
\(x=0,4\m\)
Autor: Pamella Raphaella Melo
Učitel fyziky
Zdroj: Brazilská škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm
