A tamprioji potenciali energija tai savotiškas potencinė energija susiję su medžiagų, kurių suspaudimas arba elastingumas gali sukelti kūnų judėjimą, tamprumo savybėmis. Jo matavimo vienetas yra džaulis, ir jį galima apskaičiuoti sandauga tarp tamprumo konstantos ir elastingo objekto deformacijos kvadrato, padalytos iš dviejų.
Žinoti daugiau: Elektros potenciali energija – potencialios energijos forma, kuriai reikalinga elektros krūvių sąveika
Tamprios potencialios energijos santrauka
A energijos Elastinis potencialas yra potencialios energijos forma, susijusi su elastingų kūnų deformacija ir pailgėjimu.
Jo apskaičiavimo formulė yra tokia:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
Jį taip pat galima apskaičiuoti pagal formulę, kuri susieja tamprią potencialią energiją su elastine jėga:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
At fizinis, energija visada išsaugoma, niekada nesusikuria ar sunaikinama.
Galima elastinę potencinę energiją transformuoti į gravitacinę potencinę energiją ir (arba) kinetinę energiją.
Elastinė potenciali energija virsta kinetine energija lėčiau nei gravitacinė potenciali energija.
Gravitacinė potenciali energija yra susijusi su kūnų, esančių regione su gravitaciniu lauku, aukščio svyravimu.
Kas yra tamprioji potenciali energija?
Tamprioji potenciali energija yra vienas fizinis kiekis pleiskanojimas, susijęs su elastinių medžiagų poveikiu arba lankstus kitiems kūnams. Elastinių arba lanksčių medžiagų pavyzdžiai yra spyruoklės, gumos, tamprės. Tai viena iš potencialios energijos formų, kaip ir gravitacinė potenciali energija.
Pagal tarptautinę vienetų sistemą (SI), Jo matavimo vienetas yra džaulis., atstovaujama raide J.
Ji yra tiesiogiai proporcinga tamprumo konstantai ir elastingų objektų patiriamai deformacijai, todėl jiems didėjant, didėja ir elastinė potenciali energija.
Elastinės potencialios energijos formulės
→ Tamprioji potenciali energija
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}\) → tamprioji potenciali energija, matuojama džauliais \([J]\).
k → tamprumo konstanta, matuojama niutonais vienam metrui \([N/m]\).
x → objekto deformacija, matuojama metrais\([m]\).
Pavyzdys:
Nustatykite 0,5 m įtemptos spyruoklės elastinę potencinę energiją žinant, kad jos spyruoklės konstanta yra 200 N/m.
Rezoliucija:
Tampriąją potencinę energiją apskaičiuosime pagal formulę:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,25}2\)
\(E_{pel}=25\ J\)
Tamprioji potenciali energija yra 25 džauliai.
→ Tamprioji potenciali energija, susijusi su elastine jėga
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}\) → tamprioji potenciali energija, matuojama džauliais \([J]\).
\(Gall}\) → tamprumo jėga, tai yra spyruoklės veikiama jėga, matuojama niutonais \([N]\).
x → objekto deformacija, matuojama metrais \([m]\).
Pavyzdys:
Kokia yra tamprioji potenciali energija spyruoklėje, kuri, veikiant 100 N jėgai, yra įtempta 2,0 cm?
Rezoliucija:
Pirmiausia paversime deformaciją iš centimetrų į metrus:
20 cm = 0,2 m
Tada apskaičiuosime tampriąją potencinę energiją pagal formulę, su kuria ji susijusi elastinė jėga:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\ J\)
Tamprioji potenciali energija yra 10 džaulių.
Tampriosios potencinės energijos taikymai
Tampriosios potencinės energijos taikymai daugiausia reiškia jos pavertimą kitomis energijos formomis arba kinetinės energijos kaupimą. Žemiau pamatysime keletą kasdienių jo taikymo pavyzdžių.
Automobilių buferiai skirti deformuotis patyrus smūgį, išsaugodami maksimalų kinetinės energijos kiekį ir paverčiant ją elastine potencialia energija.
Batute mes turime spyruoklių ir elastinės medžiagos deformaciją, sukeliančią energiją elastinis potencialas, kuris vėliau bus paverstas kinetine ir potencialia energija gravitacinis.
Kai kurie sportbačiai turi spyruokles, kurios sumažina judesio patiriamą smūgį, kurio kinetinė energija paverčiama elastine potencialia energija.
Tampriosios potencinės energijos transformacija
Elastinė potenciali energija paklūsta energijos tvermės principui, pagal kurį energija visada išsaugoma ir negali būti sukurta ar sunaikinta. Dėl šios priežasties ji gali būti paverčiamas kitomis energijos formomis, pvz kinetinė energija ir/arba gravitacinė potenciali energija.
Kaip matome žemiau esančiame paveikslėlyje, spyruoklė iš pradžių yra suspausta, tačiau atpalaiduota ji įgauna judėjimą dėl tamprios potencialios energijos transformacijos į kinetinę energiją.
Taip pat skaitykite: Elektros krūvio išsaugojimas – neįmanoma sukurti arba sunaikinti krūvius
Tamprios potencialios energijos privalumas ir trūkumas
Elastinė potenciali energija turi šiuos privalumus ir trūkumus:
Privalumas: sumažina judesio sukeliamą poveikį.
Trūkumas: paverčia energiją lėtai, palyginti su gravitacine potencialia energija.
Elastinės potencinės energijos ir gravitacinės potencinės energijos skirtumai
Elastinė potenciali energija ir gravitacinė potenciali energija yra potencialios energijos formos, susijusios su skirtingais aspektais.
Elastinė potenciali energija: susijęs su spyruoklių ir tamprių daiktų veikimu kūnams.
Gravitacinė potenciali energija: susijęs su kūnų, esančių gravitacinio lauko srityje, aukščio svyravimu.
Išspręsta elastinės potencinės energijos pratimai
Klausimas 1
(Enem) Žaisliniai automobiliai gali būti kelių tipų. Tarp jų yra ir lynu varomų, kurių viduje esanti spyruoklė suspaudžiama vaikui tempiant vežimėlį atgal. Atleistas vežimėlis pradeda judėti, o spyruoklė grįžta į pradinę formą. Energijos konversijos procesas, vykstantis aprašytame krepšelyje, taip pat patikrintas:
A) dinamo.
B) automobilio stabdys.
C) vidaus degimo variklis.
D) hidroelektrinė.
E) timpa (timpa).
Rezoliucija:
Alternatyva E
Spyruoklėje elastinga potenciali energija paverčiama kinetine energija, todėl objektas išsilaisvina.
2 klausimas
(Fatec) 0,60 kg masės blokas numetamas iš ramybės taške A ant bėgių kelio vertikalioje plokštumoje. Taškas A yra 2,0 m virš tako pagrindo, kuriame yra fiksuota spyruoklės konstanta 150 N/m. Trinties poveikis yra nereikšmingas ir mes priimame \(g=10m/s^2\). Didžiausias spyruoklės suspaudimas metrais:
A) 0,80
B) 0,40
C) 0,20
D) 0,10
E) 0,05
Rezoliucija:
Alternatyva B
Naudosime teoremą mechaninės energijos išsaugojimas Norėdami rasti didžiausio spyruoklės suspaudimo vertę:
\(E_{m\prieš}=E_{m\po}\)
A mechaninė energija yra kinetinės ir potencialios energijos suma, taigi:
\(E_{c\prieš}+E_{p\prieš}=E_{c\po}+E_{p\po}\)
Kur potenciali energija yra elastingos potencialios energijos ir gravitacinės potencialios energijos suma. Taigi mes turime:
\(E_{c\prieš}+E_{pel\prieš}+E_{pg\prieš}=E_{c\po}+E_{pel\po}+E_{pg\po}\)
Kadangi šiuo atveju mes turime gravitacinę potencinę energiją, kuri virsta elastine potencialia energija, tada:
\(E_{pg\ before}=E_{pel\ after}\)
Pakeitę atitinkamas jų formules, gauname:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0,16\)
\(x=\sqrt{0,16}\)
\(x=0,4\m\)
Pamella Raphaella Melo
Fizikos mokytojas
Šaltinis: Brazilijos mokykla - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm
