A elastne potentsiaalne energia see on omamoodi potentsiaalne energia seotud materjalide elastsete omadustega, mille kokkusurumine või elastsus on võimeline tekitama kehade liikumist. Selle mõõtühik on džaul ja seda saab arvutada elastsuskonstandi ja elastse objekti deformatsiooni ruudu korrutisega, mis on jagatud kahega.
Tea rohkem: Elektriline potentsiaalne energia — potentsiaalse energia vorm, mis nõuab elektrilaengute vastasmõju
Elastse potentsiaalse energia kokkuvõte
A energiat Elastne potentsiaal on potentsiaalse energia vorm, mis on seotud elastsete kehade deformatsiooni ja pikenemisega.
Selle arvutusvalem on järgmine:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
Seda saab arvutada ka valemiga, mis seob elastse potentsiaalse energia elastsusjõuga:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
Kell füüsiline, energia säilib alati, seda ei teki ega hävitata.
Elastset potentsiaalset energiat on võimalik muuta gravitatsiooni potentsiaalseks energiaks ja/või kineetiliseks energiaks.
Elastne potentsiaalne energia muundub kineetiliseks energiaks aeglasemalt kui gravitatsioonipotentsiaalne energia.
Gravitatsioonipotentsiaalne energia on seotud gravitatsiooniväljaga piirkonnas asuvate kehade kõrguse muutumisega.
Mis on elastne potentsiaalne energia?
Elastne potentsiaalne energia on üks füüsiline kogus elastsete materjalide tekitatud toimega seotud ketendus või paindlik teiste kehade suhtes. Elastsed või painduvad materjalid on näiteks vedrud, kummid, elastikud. See on üks potentsiaalse energia vorme, täpselt nagu gravitatsioonipotentsiaalne energia.
Vastavalt rahvusvahelisele mõõtühikute süsteemile (SI), Selle mõõtühik on džaul., mida tähistab täht J.
Ta on mis on otseselt võrdeline elastsuskonstandi ja elastsete objektide deformatsioonigaSeetõttu suureneb nende suurenedes ka elastne potentsiaalne energia.
Elastse potentsiaalse energia valemid
→ Elastne potentsiaalne energia
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}\) → elastne potentsiaalne energia, mõõdetuna džaulides \([J]\).
k → elastsuskonstant, mõõdetuna njuutonites meetri kohta \([N/m]\).
x → objekti deformatsioon, mõõdetuna meetrites\([m]\).
Näide:
Määrake 0,5 m võrra pingestatud vedru elastne potentsiaalne energia, teades, et selle vedrukonstant on 200 N/m.
Resolutsioon:
Arvutame elastse potentsiaalse energia selle valemi abil:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,25}2\)
\(E_{pel}=25\ J\)
Elastne potentsiaalne energia on 25 džauli.
→ Elastsusjõuga seotud elastne potentsiaalne energia
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}\) → elastne potentsiaalne energia, mõõdetuna džaulides \([J]\).
\(Gall}\) → elastsusjõud, st vedru poolt avaldatav jõud, mõõdetuna njuutonites \([N]\).
x → objekti deformatsioon, mõõdetuna meetrites \([m]\).
Näide:
Kui suur on elastne potentsiaalne energia vedrus, mis on 100 N jõu mõjul 2,0 cm pinges?
Resolutsioon:
Esmalt teisendame deformatsiooni sentimeetritest meetriteks:
20 cm = 0,2 m
Seejärel arvutame elastse potentsiaalse energia valemiga, millega see seostub elastsusjõud:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\ J\)
Elastne potentsiaalne energia on 10 džauli.
Elastse potentsiaalse energia rakendused
Elastse potentsiaalse energia rakendused viitavad peamiselt selle muundamisele muudeks energialiikideks või kineetilise energia salvestamisele. Allpool näeme selle rakenduste igapäevaseid näiteid.
Autode kaitserauad on loodud kokkupõrke korral deformeeruma, salvestades maksimaalse hulga kineetilist energiat ja muundades selle elastseks potentsiaalseks energiaks.
Batuudil on vedrude ja elastse materjali deformatsioon, mis põhjustab energiat elastne potentsiaal, mis hiljem muundatakse kineetiliseks energiaks ja potentsiaalseks energiaks gravitatsiooniline.
Mõnedel tossudel on vedrud, mis vähendavad liikumise mõju, mille käigus kineetiline energia muundatakse elastseks potentsiaalseks energiaks.
Elastse potentsiaalse energia muundamine
Elastne potentsiaalne energia järgib energia jäävuse põhimõtet, mille puhul energia säilib alati ja seda ei saa luua ega hävitada. Tänu sellele, ta saab muundada muudeks energialiikideks, nt kineetiline energia ja/või gravitatsiooni potentsiaalne energia.
Nagu näeme alloleval pildil, on vedru algselt kokku surutud, kuid vabastamisel omandab elastse potentsiaalse energia muundumise kineetiliseks energiaks liikumise.
Loe ka: Elektrilaengu säilimine – laengute tekitamise või hävitamise võimatus
Elastse potentsiaalse energia eelis ja puudus
Elastsel potentsiaalsel energial on järgmised eelised ja puudused:
Eelis: vähendab liikumisest põhjustatud mõju.
Puudus: muundab energiat gravitatsiooni potentsiaalse energiaga võrreldes aeglaselt.
Erinevused elastse potentsiaalse energia ja gravitatsiooni potentsiaalse energia vahel
Elastne potentsiaalne energia ja gravitatsioonipotentsiaalne energia on potentsiaalse energia vormid, mis on seotud erinevate aspektidega.
Elastne potentsiaalne energia: mis on seotud vedrude ja elastsete esemete mõjuga kehadele.
Gravitatsiooni potentsiaalne energia: mis on seotud gravitatsiooniväljaga piirkonnas asuvate kehade kõrguse muutumisega.
Lahendati harjutusi elastse potentsiaalse energia kohta
küsimus 1
(Enem) Mänguautosid võib olla mitut tüüpi. Nende hulgas on trossi jõul liikuvaid, mille sees olev vedru surutakse kokku, kui laps käru tagurpidi tõmbab. Vabastamisel hakkab käru liikuma, samal ajal kui vedru taastab oma esialgse kuju. Kirjeldatud ostukorvis toimuvat energia muundamise protsessi kontrollitakse ka:
A) dünamo.
B) auto pidur.
C) sisepõlemismootor.
D) hüdroelektrijaam.
E) kadakas ( kada).
Resolutsioon:
Alternatiiv E
Kadril muundatakse vedru elastne potentsiaalne energia kineetiliseks energiaks, mis põhjustab objekti vabanemise.
küsimus 2
(Fatec) 0,60 kg massiga plokk kukutakse vertikaaltasandil rajal punktis A maha. Punkt A on 2,0 m kõrgusel raja põhjast, kus on fikseeritud vedru konstantiga 150 N/m. Hõõrdumise mõju on tühine ja me võtame selle omaks \(g=10m/s^2\). Maksimaalne vedru kokkusurumine on meetrites:
A) 0,80
B) 0,40
C) 0,20
D) 0,10
E) 0,05
Resolutsioon:
Alternatiiv B
Kasutame teoreemi mehaanilise energia säästmine et leida vedru poolt kannatava maksimaalse kokkusurumise väärtus:
\(E_{m\ enne}=E_{m\ pärast}\)
A mehaaniline energia on kineetilise ja potentsiaalse energia summa, seega:
\(E_{c\ enne}+E_{p\ enne}=E_{c\ pärast}+E_{p\ pärast}\)
Kus potentsiaalne energia on elastse potentsiaalse energia ja gravitatsiooni potentsiaalse energia summa. Nii et meil on:
\(E_{c\ enne}+E_{pel\ enne}+E_{pg\ enne}=E_{c\ pärast}+E_{pel\ pärast}+E_{pg\ pärast}\)
Kuna sel juhul on meil gravitatsioonipotentsiaalne energia, mis muundub elastseks potentsiaalseks energiaks, siis:
\(E_{pg\ before}=E_{pel\ after}\)
Asendades nende vastavad valemid, saame:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0,16\)
\(x=\sqrt{0,16}\)
\(x=0,4\m\)
Autor: Pamella Raphaella Melo
Füüsika õpetaja
Allikas: Brasiilia kool - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm
