EN elastisk potentiel energi det er en slags potentiel energi knyttet til de elastiske egenskaber af materialer, hvis kompression eller elasticitet er i stand til at frembringe bevægelser af legemer. Dens måleenhed er Joule, og den kan beregnes ved produktet mellem elasticitetskonstanten og kvadratet af deformationen, som den elastiske genstand lider, divideret med to.
Få mere at vide: Elektrisk potentiel energi - en form for potentiel energi, der kræver vekselvirkning af elektriske ladninger
Opsummering af elastisk potentiel energi
EN energi Elastisk potentiale er en form for potentiel energi forbundet med deformation og forlængelse af elastiske legemer.
Dens beregningsformel er som følger:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
Det kan også beregnes ved formlen, der relaterer den elastiske potentielle energi til den elastiske kraft:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
På fysisk, energi er altid bevaret, aldrig genereret eller ødelagt.
Det er muligt at omdanne elastisk potentiel energi til gravitationel potentiel energi og/eller kinetisk energi.
Elastisk potentiel energi omdannes til kinetisk energi langsommere end gravitationel potentiel energi ville.
Gravitationspotentialenergi er relateret til højdevariationen af kroppe placeret i et område med gravitationsfelt.
Hvad er elastisk potentiel energi?
Den elastiske potentielle energi er en fysisk mængde skalering relateret til virkningen frembragt af elastiske materialer eller fleksibel på andre organer. Eksempler på elastiske eller fleksible materialer er fjedre, gummi, elastikker. Det er en af formerne for potentiel energi, ligesom gravitationel potentiel energi.
Ifølge det internationale system af enheder (SI), Dens måleenhed er Joule., repræsenteret ved bogstavet J.
Hun er direkte proportional med den elastiske konstant og den deformation, som elastiske genstande liderDerfor, når de øges, øges den elastiske potentielle energi også.
Elastiske potentielle energiformler
→ Elastisk potentiel energi
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}\) → elastisk potentiel energi, målt i Joule \([J]\).
k → elastisk konstant, målt i Newton pr. meter \([N/m]\).
x → deformation af objektet, målt i meter\([m]\).
Eksempel:
Bestem den elastiske potentielle energi i en fjeder, der er spændt med 0,5 m, vel vidende, at dens fjederkonstant er 200 N/m.
Løsning:
Vi vil beregne den elastiske potentielle energi ved hjælp af dens formel:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0.25}2\)
\(E_{pel}=25\ J\)
Den elastiske potentielle energi er 25 Joule.
→ Elastisk potentiel energi relateret til elastisk kraft
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}\) → elastisk potentiel energi, målt i Joule \([J]\).
\(Galle}\) → elastisk kraft, det vil sige den kraft, som fjederen udøver, målt i Newton \([N]\).
x → deformation af objektet, målt i meter \([m]\).
Eksempel:
Hvad er den elastiske potentielle energi i en fjeder, der belastes med 2,0 cm, når den udsættes for en kraft på 100 N?
Løsning:
Først vil vi konvertere deformationen fra centimeter til meter:
20 cm = 0,2 m
Derefter vil vi beregne den elastiske potentielle energi ved formlen, der relaterer den til elastisk kraft:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\ J\)
Den elastiske potentielle energi er 10 Joule.
Anvendelser af elastisk potentiel energi
Anvendelser af elastisk potentiel energi refererer hovedsageligt til dets omdannelse til andre former for energi eller til lagring af kinetisk energi. Nedenfor vil vi se nogle hverdagseksempler på dets applikationer.
Bilkofangere er designet til at deformeres, når de udsættes for en påvirkning, lagre den maksimale mængde kinetisk energi og omdanne den til elastisk potentiel energi.
I trampolinen har vi deformationen af fjedrene og det elastiske materiale, hvilket forårsager en energi elastisk potentiale, der senere vil blive omdannet til kinetisk energi og potentiel energi gravitationel.
Nogle sneakers har fjedre, der reducerer påvirkningen af bevægelsen, hvor kinetisk energi omdannes til elastisk potentiel energi.
Transformation af elastisk potentiel energi
Elastisk potentiel energi adlyder princippet om energibevarelse, hvor energi altid er bevaret og ikke kan skabes eller ødelægges. På grund af dette har hun kan omdannes til andre energiformer, som f.eks kinetisk energi og/eller gravitationel potentiel energi.
Som vi kan se på billedet nedenfor, er fjederen i starten komprimeret, men når den slippes, får den bevægelse på grund af omdannelsen af elastisk potentiel energi til kinetisk energi.
Læs også: Bevarelse af elektrisk ladning — umuligheden af at skabe eller ødelægge ladninger
Fordel og ulempe ved elastisk potentiel energi
Elastisk potentiel energi har følgende fordele og ulemper:
Fordel: reducerer påvirkningen forårsaget af bevægelsen.
Ulempe: konverterer energi langsomt sammenlignet med gravitationel potentiel energi.
Forskelle mellem elastisk potentiel energi og gravitationel potentiel energi
Elastisk potentiel energi og gravitationel potentiel energi er former for potentiel energi relateret til forskellige aspekter.
Elastisk potentiel energi: forbundet med virkningen af fjedre og elastiske genstande på kroppen.
Gravitationel potentiel energi: forbundet med variationen i højden af legemer, der er i et område med gravitationsfelt.
Løste øvelser om elastisk potentiel energi
Spørgsmål 1
(Enem) Legetøjsbiler kan være af flere typer. Blandt dem er der reb-drevne, hvor en fjeder indeni komprimeres, når barnet trækker klapvognen bagud. Når den slippes, begynder vognen at bevæge sig, mens fjederen vender tilbage til sin oprindelige form. Energiomdannelsesprocessen, der finder sted i den beskrevne vogn, er også verificeret i:
A) en dynamo.
B) en bilbremse.
C) en forbrændingsmotor.
D) et vandkraftværk.
E) en slynge (slingshot).
Løsning:
Alternativ E
I slangebøjlen omdannes den elastiske potentielle energi fra fjederen til kinetisk energi, hvilket får objektet til at blive affyret.
spørgsmål 2
(Fatec) En blok med masse 0,60 kg tabes fra hvile ved punkt A på et spor i det lodrette plan. Punkt A er 2,0 m over sporets bund, hvor der er fastgjort en fjeder med fjederkonstant 150 N/m. Effekterne af friktion er ubetydelige, og vi vedtager \(g=10m/s^2\). Den maksimale fjederkompression er i meter:
A) 0,80
B) 0,40
C) 0,20
D) 0,10
E) 0,05
Løsning:
Alternativ B
Vi vil bruge sætningen om bevarelse af mekanisk energi for at finde værdien af den maksimale kompression, som fjederen har lidt:
\(E_{m\ før}=E_{m\ efter}\)
EN mekanisk energi er summen af de kinetiske og potentielle energier, så:
\(E_{c\ før}+E_{p\ før}=E_{c\ efter}+E_{p\ efter}\)
Hvor potentiel energi er summen af elastisk potentiel energi og gravitationel potentiel energi. Så vi har:
\(E_{c\ før}+E_{pel\ før}+E_{pg\ før}=E_{c\ efter}+E_{pel\ efter}+E_{pg\ efter}\)
Da vi i dette tilfælde har gravitationel potentiel energi, der omdannes til elastisk potentiel energi, så:
\(E_{pg\ før}=E_{pel\ efter}\)
Ved at erstatte deres respektive formler får vi:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0,16\)
\(x=\sqrt{0,16}\)
\(x=0,4\m\)
Af Pamella Raphaella Melo
Fysiklærer
Kilde: Brasilien skole - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm