A elastična potencijalna energija to je vrsta potencijalna energija povezana s elastičnim svojstvima materijala čija je kompresija ili elastičnost sposobna proizvesti gibanje tijela. Njegova mjerna jedinica je Joule, a može se izračunati umnoškom između konstante elastičnosti i kvadrata deformacije koju je pretrpio elastični objekt, podijeljen s dva.
Znati više: Električna potencijalna energija — oblik potencijalne energije koji zahtijeva međudjelovanje električnih naboja
Sažetak elastične potencijalne energije
A energije Elastični potencijal je oblik potencijalne energije povezan s deformacijom i istezanjem elastičnih tijela.
Njegova formula za izračun je sljedeća:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
Također se može izračunati formulom koja povezuje elastičnu potencijalnu energiju i elastičnu silu:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
Na fizički, energija se uvijek čuva, nikad se ne stvara ili uništava.
Moguće je transformirati elastičnu potencijalnu energiju u gravitacijsku potencijalnu energiju i/ili kinetičku energiju.
Elastična potencijalna energija pretvara se u kinetičku energiju sporije nego što bi to učinila gravitacijska potencijalna energija.
Gravitacijska potencijalna energija povezana je s varijacijom visine tijela koja se nalaze u području s gravitacijskim poljem.
Što je elastična potencijalna energija?
Elastična potencijalna energija je jedan fizička količina skaliranje povezano s djelovanjem koje proizvode elastični materijali ili fleksibilan na drugim tijelima. Primjeri elastičnih ili savitljivih materijala su opruge, gume, elastike. Ona je jedan od oblika potencijalne energije, baš kao i gravitacijska potencijalna energija.
Prema Međunarodnom sustavu jedinica (SI), Njegova mjerna jedinica je Joule., predstavljen slovom J.
Ona je izravno proporcionalna konstanti elastičnosti i deformaciji koju pretrpe elastični objekti, dakle, kako se oni povećavaju, raste i elastična potencijalna energija.
Formule elastične potencijalne energije
→ Elastična potencijalna energija
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}\) → elastična potencijalna energija, mjerena u Joulesima \([J]\).
k → konstanta elastičnosti, mjerena u Newtonu po metru \([N/m]\).
x → deformacija objekta, mjerena u metrima\([m]\).
Primjer:
Odredite elastičnu potencijalnu energiju u opruzi koja je napeta za 0,5 m znajući da joj je konstanta opruge 200 N/m.
rezolucija:
Izračunat ćemo elastičnu potencijalnu energiju pomoću njegove formule:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,25}2\)
\(E_{pel}=25\ J\)
Elastična potencijalna energija je 25 džula.
→ Elastična potencijalna energija povezana s elastičnom silom
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}\) → elastična potencijalna energija, mjerena u Joulesima \([J]\).
\(Gall}\) → elastična sila, odnosno sila kojom djeluje opruga, mjerena u Newtonima \([N]\).
x → deformacija objekta, mjerena u metrima \([m]\).
Primjer:
Kolika je elastična potencijalna energija u opruzi koja je napeta za 2,0 cm kada je izložena sili od 100 N?
rezolucija:
Prvo ćemo pretvoriti deformaciju iz centimetara u metre:
20 cm = 0,2 m
Tada ćemo izračunati elastičnu potencijalnu energiju pomoću formule koja je povezuje elastična sila:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\ J\)
Elastična potencijalna energija je 10 džula.
Primjene elastične potencijalne energije
Primjena elastične potencijalne energije uglavnom se odnose na njezinu transformaciju u druge oblike energije ili na skladištenje kinetičke energije. U nastavku ćemo vidjeti neke svakodnevne primjere njegove primjene.
Automobilski branici su dizajnirani da se deformiraju kada pretrpe udarac, pohranjujući maksimalnu količinu kinetičke energije i pretvarajući je u elastičnu potencijalnu energiju.
Kod trampolina dolazi do deformacije opruga i elastičnog materijala, što uzrokuje energiju elastični potencijal koji će se kasnije pretvoriti u kinetičku energiju i potencijalnu energiju gravitacijski.
Neke tenisice imaju opruge koje umanjuju udar pri kretanju, pri čemu se kinetička energija pretvara u elastičnu potencijalnu.
Transformacija elastične potencijalne energije
Elastična potencijalna energija pokorava se principu očuvanja energije, u kojem je energija uvijek očuvana i ne može se stvoriti ili uništiti. Zbog toga, ona može se pretvoriti u druge oblike energije, kao npr kinetička energija i/ili gravitacijska potencijalna energija.
Kao što vidimo na donjoj slici, opruga je u početku stisnuta, ali kada se otpusti, počinje se pomicati zbog transformacije elastične potencijalne energije u kinetičku.
Pročitajte također: Očuvanje električnog naboja — nemogućnost stvaranja ili uništenja naboja
Prednosti i nedostaci elastične potencijalne energije
Elastična potencijalna energija ima sljedeće prednosti i nedostatke:
Prednost: smanjuje utjecaj izazvan pokretom.
Hendikep: sporo pretvara energiju u usporedbi s gravitacijskom potencijalnom energijom.
Razlike između elastične potencijalne energije i gravitacijske potencijalne energije
Elastična potencijalna energija i gravitacijska potencijalna energija su oblici potencijalne energije koji se odnose na različite aspekte.
Elastična potencijalna energija: povezana s djelovanjem opruga i elastičnih predmeta na tijela.
Gravitacijska potencijalna energija: povezana s varijacijom visine tijela koja se nalaze u području s gravitacijskim poljem.
Riješene vježbe o elastičnoj potencijalnoj energiji
Pitanje 1
(Enem) Autići mogu biti nekoliko vrsta. Među njima ima i onih na konopac, kod kojih se unutarnja opruga sabija kada dijete kolica vuče unatrag. Kada se otpuste, kolica se počnu kretati dok se opruga vraća u početni oblik. Proces pretvorbe energije koji se odvija u opisanim kolicima također je provjeren u:
A) dinamo.
B) kočnica automobila.
C) motor s unutarnjim izgaranjem.
D) hidroelektrana.
E) praćka (praćka).
rezolucija:
Alternativa E
U praćki se elastična potencijalna energija iz opruge pretvara u kinetičku energiju, što uzrokuje lansiranje objekta.
pitanje 2
(Fatec) Blok mase 0,60 kg ispušten je iz mirovanja u točki A na stazu u vertikalnoj ravnini. Točka A je 2,0 m iznad baze staze, gdje je pričvršćena opruga konstante opruge 150 N/m. Učinci trenja su zanemarivi i usvajamo \(g=10m/s^2\). Maksimalna kompresija opruge je u metrima:
A) 0,80
B) 0,40
C) 0,20
D) 0,10
E) 0,05
rezolucija:
Alternativa B
Koristit ćemo se teoremom od očuvanje mehaničke energije pronaći vrijednost najveće kompresije koju trpi opruga:
\(E_{m\ prije}=E_{m\ poslije}\)
A mehanička energija je zbroj kinetičke i potencijalne energije, pa je:
\(E_{c\ prije}+E_{p\ prije}=E_{c\ poslije}+E_{p\ poslije}\)
Pri čemu je potencijalna energija zbroj elastične potencijalne energije i gravitacijske potencijalne energije. Dakle, imamo:
\(E_{c\ prije}+E_{pel\ prije}+E_{pg\ prije}=E_{c\ poslije}+E_{pel\ poslije}+E_{pg\ poslije}\)
Budući da u ovom slučaju imamo gravitacijsku potencijalnu energiju koja se pretvara u elastičnu potencijalnu energiju, tada:
\(E_{str\ prije}=E_{pel\ poslije}\)
Zamjenom njihovih odgovarajućih formula dobivamo:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0,16\)
\(x=\sqrt{0,16}\)
\(x=0,4\m\)
Autor: Pamella Raphaella Melo
Profesor fizike
Izvor: Brazilska škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm
