A elastinen potentiaalienergia se on eräänlainen Mahdollinen energia liittyy materiaalien elastisiin ominaisuuksiin, joiden puristus tai kimmoisuus pystyy saamaan aikaan kappaleiden liikkeen. Sen mittayksikkö on joule, ja se voidaan laskea kimmovakion ja elastisen kappaleen kärsimän muodonmuutoksen neliön tulolla jaettuna kahdella.
Tietää enemmän: Sähköinen potentiaalienergia - potentiaalienergian muoto, joka vaatii sähkövarausten vuorovaikutusta
Elastisen potentiaalienergian yhteenveto
A energiaa Elastinen potentiaali on potentiaalienergian muoto, joka liittyy elastisten kappaleiden muodonmuutokseen ja venymiseen.
Sen laskentakaava on seuraava:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
Se voidaan myös laskea kaavalla, joka yhdistää elastisen potentiaalienergian kimmovoimaan:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
klo fyysistä, energiaa säilyy aina, sitä ei koskaan synny tai tuhoa.
Elastinen potentiaalienergia on mahdollista muuntaa gravitaatiopotentiaalienergiaksi ja/tai kineettiseksi energiaksi.
Elastinen potentiaalienergia muuttuu kineettiseksi energiaksi hitaammin kuin gravitaatiopotentiaalienergia.
Gravitaatiopotentiaalienergia liittyy gravitaatiokentän alueella sijaitsevien kappaleiden korkeuden vaihteluun.
Mikä on elastinen potentiaalienergia?
Elastinen potentiaalienergia on yksi fyysinen määrä hilseily, joka liittyy elastisten materiaalien aiheuttamaan toimintaan tai joustava muihin vartaloihin. Esimerkkejä elastisista tai joustavista materiaaleista ovat jouset, kumit, kuminauhat. Se on yksi potentiaalienergian muodoista, aivan kuten gravitaatiopotentiaalienergia.
Kansainvälisen yksikköjärjestelmän mukaan (SI), Sen mittayksikkö on joule., jota edustaa kirjain J.
Hän on suoraan verrannollinen kimmovakioon ja elastisten esineiden kärsimään muodonmuutokseenSiksi niiden kasvaessa elastinen potentiaalienergia myös kasvaa.
Elastisen potentiaalienergian kaavat
→ Elastinen potentiaalienergia
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}\) → elastinen potentiaalienergia, mitattuna jouleina \([J]\).
k → kimmovakio, mitattuna Newtonina metriä kohti \([N/m]\).
x → kohteen muodonmuutos metreinä mitattuna\([m]\).
Esimerkki:
Määritä jousen elastinen potentiaalienergia, joka on jännittynyt 0,5 m tietäen, että sen jousivakio on 200 N/m.
Resoluutio:
Laskemme elastisen potentiaalienergian käyttämällä sen kaavaa:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,25}2\)
\(E_{pel}=25\ J\)
Elastinen potentiaalienergia on 25 joulea.
→ Kimmovoimaan liittyvä elastinen potentiaalienergia
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}\) → elastinen potentiaalienergia, mitattuna jouleina \([J]\).
\(Gall}\) → kimmovoima, eli jousen kohdistama voima, mitattuna Newtoneina \([N]\).
x → kohteen muodonmuutos metreinä mitattuna \([m]\).
Esimerkki:
Mikä on elastinen potentiaalienergia jousessa, joka on jännittynyt 2,0 cm, kun siihen kohdistuu 100 N: n voima?
Resoluutio:
Ensin muunnetaan muodonmuutos senttimetreistä metreiksi:
20 cm = 0,2 m
Sitten lasketaan elastinen potentiaalienergia kaavalla, joka liittyy siihen elastinen voima:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\ J\)
Elastinen potentiaalienergia on 10 joulea.
Elastisen potentiaalienergian sovellukset
Elastisen potentiaalienergian sovellukset viittaavat pääasiassa sen muuntamiseen muihin energiamuotoihin tai kineettisen energian varastointiin. Alla näemme joitain päivittäisiä esimerkkejä sen sovelluksista.
Autojen puskurit on suunniteltu taipumaan, kun ne joutuvat törmäykseen, varastoimaan suurimman määrän liike-energiaa ja muuttamaan sen elastiseksi potentiaalienergiaksi.
Trampoliinissa jousien ja elastisen materiaalin muodonmuutos aiheuttaa energiaa elastinen potentiaali, joka myöhemmin muunnetaan kineettiseksi energiaksi ja potentiaalienergiaksi painovoimainen.
Joissakin tennareissa on jouset, jotka vähentävät liikkeen aiheuttamaa iskua, jolloin liike-energia muuttuu elastiseksi potentiaalienergiaksi.
Elastisen potentiaalienergian muunnos
Elastinen potentiaalienergia noudattaa energian säilymisen periaatetta, jossa energia säilyy aina, eikä sitä voida luoda tai tuhota. Tästä johtuen hän voidaan muuntaa muiksi energiamuodoiksi, esim kineettinen energia ja tai gravitaatiopotentiaalienergia.
Kuten alla olevasta kuvasta nähdään, jousi puristuu aluksi kokoon, mutta vapautuessaan se saa liikkeen johtuen elastisen potentiaalienergian muuttumisesta liike-energiaksi.
Lue myös: Sähkövarauksen säilyminen – varausten muodostamisen tai tuhoamisen mahdottomuus
Elastisen potentiaalienergian etu ja haitta
Elastisella potentiaalienergialla on seuraavat edut ja haitat:
Etu: vähentää liikkeen aiheuttamaa vaikutusta.
Haitta: muuntaa energiaa hitaasti verrattuna gravitaatiopotentiaalienergiaan.
Erot elastisen potentiaalienergian ja gravitaatiopotentiaalienergian välillä
Elastinen potentiaalienergia ja gravitaatiopotentiaalienergia ovat eri aspekteihin liittyviä potentiaalienergian muotoja.
Elastinen potentiaalienergia: liittyy jousien ja elastisten esineiden toimintaan rungoissa.
Gravitaatiopotentiaalienergia: liittyy painovoimakentän alueella olevien kappaleiden korkeuden vaihteluun.
Ratkaistiin harjoituksia elastisesta potentiaalienergiasta
Kysymys 1
(Enem) Leluautoja voi olla monenlaisia. Niistä löytyy köysikäyttöisiä, joissa sisällä oleva jousi puristuu, kun lapsi vetää rattaita taaksepäin. Vapautettaessa kärry lähtee liikkeelle ja jousi palaa alkuperäiseen muotoonsa. Kuvatussa kärryssä tapahtuva energian muuntoprosessi varmistetaan myös:
A) dynamo.
B) auton jarru.
C) polttomoottori.
D) vesivoimala.
E) ritsa (ritsa).
Resoluutio:
Vaihtoehto E
Rissussa jousen elastinen potentiaalienergia muunnetaan kineettiseksi energiaksi, jolloin esine vapautuu.
kysymys 2
(Fatec) 0,60 kg painava kappale pudotetaan pisteestä A pystytasossa olevalla radalla. Piste A on 2,0 m radan pohjan yläpuolella, johon on kiinnitetty jousi, jonka jousivakio on 150 N/m. Kitkan vaikutukset ovat merkityksettömiä ja hyväksymme sen \(g=10m/s^2\). Jousen suurin puristus on metreinä:
A) 0,80
B) 0,40
C) 0,20
D) 0,10
E) 0,05
Resoluutio:
Vaihtoehto B
Käytämme lausetta mekaanisen energian säilyminen löytääksesi jousen kärsimän suurimman puristuksen arvon:
\(E_{m\ ennen}=E_{m\ jälkeen}\)
A mekaaninen energia on kineettisten ja potentiaalisten energioiden summa, joten:
\(E_{c\ ennen}+E_{p\ ennen}=E_{c\ jälkeen}+E_{p\ jälkeen}\)
Missä potentiaalienergia on elastisen potentiaalienergian ja gravitaatiopotentiaalienergian summa. Meillä on siis:
\(E_{c\ before}+E_{pel\ before}+E_{pg\ before}=E_{c\ after}+E_{pel\ after}+E_{pg\ after}\)
Koska tässä tapauksessa meillä on gravitaatiopotentiaalienergia, joka muuttuu elastiseksi potentiaalienergiaksi, niin:
\(E_{pg\ before}=E_{pel\ after}\)
Korvaamalla niiden vastaavat kaavat, saamme:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0,16\)
\(x=\sqrt{0,16}\)
\(x=0,4\m\)
Kirjailija: Pamella Raphaella Melo
Fysiikan opettaja
Lähde: Brasilian koulu - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm
