A rugalmas potenciális energia ez egyfajta helyzeti energia olyan anyagok rugalmas tulajdonságaihoz kapcsolódik, amelyek összenyomása vagy rugalmassága képes a testek mozgását előidézni. Mértékegysége a Joule, és a rugalmassági állandó és a rugalmas tárgy által elszenvedett deformáció négyzetének szorzatával számítható, osztva kettővel.
Többet tud: Elektromos potenciálenergia - a potenciális energia olyan formája, amelyhez elektromos töltések kölcsönhatása szükséges
Rugalmas potenciális energia összefoglalása
A energia A rugalmas potenciál a potenciális energia egy formája, amely a rugalmas testek deformációjához és megnyúlásához kapcsolódik.
Számítási képlete a következő:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
Kiszámítható a következő képlettel is, amely a rugalmas potenciális energiát a rugalmas erőhöz viszonyítja:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
Nál nél fizikai, az energia mindig megmarad, soha nem keletkezik vagy semmisül meg.
Lehetőség van a rugalmas potenciális energiát gravitációs potenciálenergiává és/vagy kinetikus energiává alakítani.
A rugalmas potenciális energia lassabban alakul át kinetikus energiává, mint a gravitációs potenciális energia.
A gravitációs potenciálenergia a gravitációs térrel rendelkező tartományban elhelyezkedő testek magasságváltozásával függ össze.
Mi a rugalmas potenciálenergia?
A rugalmas potenciális energia az egy fizikai mennyiség elasztikus anyagok által előidézett hatáshoz kapcsolódó pikkelyesedés ill rugalmas más testeken. Elasztikus vagy rugalmas anyagok például a rugók, gumik, gumik. Ez a potenciális energia egyik formája, akárcsak a gravitációs potenciális energia.
A nemzetközi mértékegységrendszer szerint (SI), Mértékegysége a Joule., amelyet a levél képvisel J.
Ő az egyenesen arányos a rugalmassági állandóval és a rugalmas tárgyak által elszenvedett deformációval, ezért növekedésükkel a rugalmas potenciálenergia is növekszik.
Rugalmas potenciálenergia képletek
→ Rugalmas potenciálenergia
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}\) → rugalmas potenciálenergia, Joule-ban mérve \([J]\).
k → rugalmassági állandó, Newton per méterben mérve \([N/m]\).
x → a tárgy deformációja, méterben mérve\([m]\).
Példa:
Határozza meg a rugalmas potenciálenergiát egy 0,5 m-rel megfeszített rugóban, tudva, hogy rugóállandója 200 N/m.
Felbontás:
Kiszámítjuk a rugalmas potenciális energiát a képlet alapján:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,25}2\)
\(E_{pel}=25\ J\)
A rugalmas potenciálenergia 25 Joule.
→ Rugalmas erőhöz kapcsolódó rugalmas potenciálenergia
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}\) → rugalmas potenciálenergia, Joule-ban mérve \([J]\).
\(Epe}\) → rugalmas erő, vagyis a rugó által kifejtett erő, Newtonban mérve \([N]\).
x → a tárgy deformációja, méterben mérve \([m]\).
Példa:
Mekkora a rugalmas potenciálenergia egy 100 N erő hatására 2,0 cm-rel megfeszített rugóban?
Felbontás:
Először a deformációt centiméterről méterre konvertáljuk:
20 cm = 0,2 m
Ezután kiszámítjuk a rugalmas potenciális energiát a rá vonatkozó képlettel rugalmas erő:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\ J\)
A rugalmas potenciálenergia 10 Joule.
A rugalmas potenciálenergia alkalmazásai
A rugalmas potenciálenergia alkalmazásai főként más energiaformákká történő átalakulására vagy a mozgási energia tárolására utalnak. Az alábbiakban néhány hétköznapi példát láthatunk alkalmazásaira.
Az autó lökhárítóit úgy tervezték, hogy ütközéskor deformálódjanak, így a maximális mozgási energiát tárolják és rugalmas potenciális energiává alakítják át.
A trambulinban a rugók és a rugalmas anyag deformációja van, ami energiát okoz rugalmas potenciál, amely később mozgási energiává és potenciális energiává alakul át gravitációs.
Egyes tornacipőkben rugók vannak, amelyek csökkentik a mozgás által elszenvedett ütéseket, amelyekben a kinetikus energia rugalmas potenciális energiává alakul át.
Rugalmas potenciális energia átalakítása
A rugalmas potenciális energia az energiamegmaradás elvének engedelmeskedik, amelyben az energia mindig megmarad, és nem keletkezhet vagy semmisíthető meg. Ennek köszönhetően ő átalakíthatók más energiaformákká, mint pl kinetikus energia és/vagy gravitációs potenciális energia.
Amint az alábbi képen is láthatjuk, a rugó kezdetben összenyomódik, de elengedve mozgást nyer a rugalmas potenciális energia mozgási energiává való átalakulása miatt.
Olvasd el te is: Az elektromos töltés megőrzése – a töltések létrehozásának vagy megsemmisítésének lehetetlensége
A rugalmas potenciálenergia előnye és hátránya
A rugalmas potenciális energiának a következő előnyei és hátrányai vannak:
Előny: csökkenti a mozgás okozta hatást.
Hátrány: lassan alakítja át az energiát a gravitációs potenciálenergiához képest.
A rugalmas potenciálenergia és a gravitációs potenciálenergia közötti különbségek
A rugalmas potenciálenergia és a gravitációs potenciálenergia a potenciális energia különböző aspektusokhoz kapcsolódó formái.
Rugalmas potenciális energia: rugók és rugalmas tárgyak testekre gyakorolt hatásával kapcsolatos.
Gravitációs potenciálenergia: a gravitációs térben lévő testek magasságának változásaihoz kapcsolódik.
Elasztikus potenciálenergiával kapcsolatos gyakorlatokat oldott meg
1. kérdés
(Enem) A játékautó többféle lehet. Köztük vannak kötélhajtásúak is, amelyekben egy belső rugó összenyomódik, amikor a gyerek hátrafelé húzza a babakocsit. Elengedésekor a kocsi elindul, miközben a rugó visszanyeri eredeti alakját. A leírt kosárban lezajló energiaátalakítási folyamat az alábbiakban is igazolt:
A) dinamó.
B) autófék.
C) belső égésű motor.
D) vízi erőmű.
E) egy csúzli (csúzli).
Felbontás:
Alternatív E
A csúzliban a rugó rugalmas potenciális energiája mozgási energiává alakul, ami a tárgy kilövést okozza.
2. kérdés
(Fatec) Egy 0,60 kg tömegű tömböt leejtünk nyugalmi helyzetből az A pontban egy pályán a függőleges síkban. Az A pont 2,0 m-rel a pálya alapja felett van, ahol 150 N/m rugóállandójú rugó van rögzítve. A súrlódás hatása elhanyagolható, és elfogadjuk \(g=10m/s^2\). A maximális rugónyomás méterben:
A) 0,80
B) 0,40
C) 0,20
D) 0,10
E) 0,05
Felbontás:
B alternatíva
tételét fogjuk használni mechanikai energia megőrzése a rugó által elszenvedett maximális összenyomás értékének meghatározásához:
\(E_{m\ előtt}=E_{m\ után}\)
A mechanikus energia a kinetikus és a potenciális energiák összege, tehát:
\(E_{c\ előtte}+E_{p\ előtt}=E_{c\ után}+E_{p\ után}\)
Ahol a potenciális energia a rugalmas potenciálenergia és a gravitációs potenciálenergia összege. Tehát nekünk van:
\(E_{c\ előtte}+E_{pel\ előtt}+E_{pg\ előtt}=E_{c\ után}+E_{pel\ után}+E_{pg\ után}\)
Mivel ebben az esetben a gravitációs potenciálenergiánk rugalmas potenciális energiává alakul át, akkor:
\(E_{pg\ before}=E_{pel\ after}\)
A megfelelő képleteket behelyettesítve a következőket kapjuk:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0,16\)
\(x=\sqrt{0,16}\)
\(x=0,4\m\)
Írta: Pamella Raphaella Melo
Fizika tanár
Forrás: Brazil iskola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm
