A elastische potentielle Energie es ist eine Art potenzielle Energie verbunden mit den elastischen Eigenschaften von Materialien, deren Kompression oder Elastizität in der Lage ist, die Bewegung von Körpern hervorzurufen. Seine Maßeinheit ist Joule und kann aus dem Produkt zwischen der elastischen Konstante und dem Quadrat der Verformung, die das elastische Objekt erleidet, dividiert durch zwei, berechnet werden.
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Zusammenfassung der elastischen potentiellen Energie
A Energie Das elastische Potenzial ist eine Form potenzieller Energie, die mit der Verformung und Dehnung elastischer Körper verbunden ist.
Seine Berechnungsformel lautet wie folgt:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
Sie kann auch mit der Formel berechnet werden, die die elastische potentielle Energie mit der elastischen Kraft in Beziehung setzt:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
Bei körperlich, Energie wird immer konserviert, niemals erzeugt oder zerstört.
Es ist möglich, elastische potentielle Energie in potentielle Gravitationsenergie und/oder kinetische Energie umzuwandeln.
Elastische potentielle Energie wandelt sich langsamer in kinetische Energie um als gravitative potentielle Energie.
Die potentielle Gravitationsenergie hängt mit der Höhenschwankung von Körpern zusammen, die sich in einer Region mit Gravitationsfeld befinden.
Was ist elastische potentielle Energie?
Die elastische potentielle Energie ist eins physikalische Größe Skalierung im Zusammenhang mit der Wirkung elastischer Materialien oder flexibel auf anderen Körpern. Beispiele für elastische oder flexible Materialien sind Federn, Gummi, Gummibänder. Es ist eine der Formen potentieller Energie, genau wie die potentielle Gravitationsenergie.
Nach dem Internationalen Einheitensystem (SI), Seine Maßeinheit ist Joule., dargestellt durch den Buchstaben J.
Sie ist direkt proportional zur elastischen Konstante und der Verformung elastischer ObjekteDaher nimmt mit zunehmender Größe auch die elastische potentielle Energie zu.
Formeln für elastische potentielle Energie
→ Elastische potentielle Energie
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}\) → elastische potentielle Energie, gemessen in Joule \([J]\).
k → elastische Konstante, gemessen in Newton pro Meter \([N/m]\).
X → Verformung des Objekts, gemessen in Metern\([M]\).
Beispiel:
Bestimmen Sie die elastische potentielle Energie einer Feder, die um 0,5 m gedehnt wird, unter der Annahme, dass ihre Federkonstante 200 N/m beträgt.
Auflösung:
Wir berechnen die elastische potentielle Energie anhand ihrer Formel:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,25}2\)
\(E_{pel}=25\ J\)
Die elastische potentielle Energie beträgt 25 Joule.
→ Elastische potentielle Energie im Zusammenhang mit der elastischen Kraft
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}\) → elastische potentielle Energie, gemessen in Joule \([J]\).
\(Galle}\) → elastische Kraft, also die von der Feder ausgeübte Kraft, gemessen in Newton \([N]\).
X → Verformung des Objekts, gemessen in Metern \([M]\).
Beispiel:
Wie groß ist die elastische potentielle Energie einer Feder, die bei einer Kraft von 100 N um 2,0 cm gedehnt wird?
Auflösung:
Zuerst werden wir die Verformung von Zentimetern in Meter umrechnen:
20 cm = 0,2 m
Dann berechnen wir die elastische potentielle Energie anhand der Formel, auf die sie bezogen ist elastische Kraft:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\ J\)
Die elastische potentielle Energie beträgt 10 Joule.
Anwendungen elastischer potentieller Energie
Die Anwendungen elastischer potentieller Energie beziehen sich hauptsächlich auf die Umwandlung in andere Energieformen oder auf die Speicherung kinetischer Energie. Nachfolgend sehen wir einige alltägliche Beispiele seiner Anwendungen.
Autostoßstangen sind so konstruiert, dass sie sich bei einem Aufprall verformen, dabei die maximale Menge an kinetischer Energie speichern und in elastische potentielle Energie umwandeln.
Beim Trampolin kommt es zu einer Verformung der Federn und des elastischen Materials, wodurch Energie entsteht elastisches Potenzial, das später in kinetische Energie und potentielle Energie umgewandelt wird Gravitation.
Einige Turnschuhe verfügen über Federn, die den durch die Bewegung verursachten Aufprall reduzieren, indem kinetische Energie in elastische potentielle Energie umgewandelt wird.
Umwandlung elastischer potentieller Energie
Elastische potentielle Energie folgt dem Energieerhaltungsprinzip, bei dem Energie immer erhalten bleibt und weder erzeugt noch zerstört werden kann. Aus diesem Grund hat sie kann in andere Energieformen umgewandelt werden, wie z kinetische Energie und/oder Gravitationspotentialenergie.
Wie wir im Bild unten sehen können, wird die Feder zunächst zusammengedrückt, aber wenn sie losgelassen wird, nimmt sie aufgrund der Umwandlung elastischer potentieller Energie in kinetische Energie Bewegung auf.
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Vor- und Nachteile der elastischen potentiellen Energie
Elastische potentielle Energie hat folgende Vor- und Nachteile:
Vorteil: reduziert die durch die Bewegung verursachten Stöße.
Nachteil: wandelt Energie im Vergleich zur potentiellen Gravitationsenergie langsam um.
Unterschiede zwischen elastischer potentieller Energie und gravitativer potentieller Energie
Elastische potentielle Energie und gravitative potentielle Energie sind Formen potentieller Energie, die sich auf unterschiedliche Aspekte beziehen.
Elastische potentielle Energie: verbunden mit der Wirkung von Federn und elastischen Gegenständen auf Körper.
Gravitationspotentialenergie: hängt mit der Höhenschwankung von Körpern zusammen, die sich in einer Region mit Gravitationsfeld befinden.
Gelöste Übungen zur elastischen potentiellen Energie
Frage 1
(Enem) Es gibt verschiedene Arten von Spielzeugautos. Darunter gibt es seilbetriebene Kinderwagen, bei denen eine Feder im Inneren zusammengedrückt wird, wenn das Kind den Kinderwagen nach hinten zieht. Beim Loslassen beginnt sich der Wagen zu bewegen, während die Feder in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt. Der Energieumwandlungsprozess, der im beschriebenen Wagen stattfindet, wird auch überprüft in:
A) ein Dynamo.
B) eine Autobremse.
C) ein Verbrennungsmotor.
D) ein Wasserkraftwerk.
E) eine Schleuder (Schleuder).
Auflösung:
Alternative E
Bei der Schleuder wird die elastische potentielle Energie der Feder in kinetische Energie umgewandelt, wodurch das Objekt freigegeben wird.
Frage 2
(Fatec) Ein Block mit einer Masse von 0,60 kg wird am Punkt A auf eine Schiene in der vertikalen Ebene fallen gelassen. Punkt A liegt 2,0 m über dem Gleisfuß, wo eine Feder mit einer Federkonstante von 150 N/m befestigt ist. Die Auswirkungen der Reibung sind vernachlässigbar und wir übernehmen sie \(g=10m/s^2\). Die maximale Federkompression beträgt in Metern:
A) 0,80
B) 0,40
C) 0,20
D) 0,10
E) 0,05
Auflösung:
Alternative B
Wir werden den Satz von verwenden Erhaltung mechanischer Energie um den Wert der maximalen Kompression zu ermitteln, der die Feder ausgesetzt ist:
\(E_{m\ vorher}=E_{m\ nach}\)
A mechanische Energie ist die Summe der kinetischen und potentiellen Energien, also:
\(E_{c\ vor}+E_{p\ vor}=E_{c\ nach}+E_{p\ nach}\)
Dabei ist die potentielle Energie die Summe der elastischen potentiellen Energie und der potentiellen Gravitationsenergie. Also haben wir:
\(E_{c\ before}+E_{pel\ before}+E_{pg\ before}=E_{c\ after}+E_{pel\ after}+E_{pg\ after}\)
Da sich in diesem Fall die potentielle Gravitationsenergie in elastische potentielle Energie umwandelt, gilt:
\(E_{pg\ before}=E_{pel\ after}\)
Wenn wir ihre jeweiligen Formeln ersetzen, erhalten wir:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0,16\)
\(x=\sqrt{0,16}\)
\(x=0,4\m\)
Von Pamella Raphaella Melo
Physik Lehrer
Quelle: Brasilien-Schule - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm