A elastische potentiële energie het is een soort van potentiële energie gekoppeld aan de elastische eigenschappen van materialen, waarvan de compressie of elasticiteit de beweging van lichamen kan veroorzaken. De meeteenheid is de Joule en kan worden berekend door het product tussen de elastische constante en het kwadraat van de vervorming die het elastische object oploopt, gedeeld door twee.
Meer weten: Elektrische potentiële energie - een vorm van potentiële energie die de interactie van elektrische ladingen vereist
Samenvatting elastische potentiële energie
A energie Elastisch potentieel is een vorm van potentiële energie geassocieerd met de vervorming en rek van elastische lichamen.
De berekeningsformule is als volgt:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
Het kan ook worden berekend met de formule die de elastische potentiële energie relateert aan de elastische kracht:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
Bij fysiek, energie wordt altijd behouden, nooit gegenereerd of vernietigd.
Het is mogelijk om elastische potentiële energie om te zetten in potentiële zwaartekrachtenergie en/of kinetische energie.
Elastische potentiële energie wordt langzamer omgezet in kinetische energie dan potentiële zwaartekrachtenergie.
Zwaartekrachtpotentiële energie is gerelateerd aan de hoogtevariatie van lichamen die zich in een gebied met een zwaartekrachtveld bevinden.
Wat is elastische potentiële energie?
De elastische potentiële energie is een fysieke hoeveelheid schalen gerelateerd aan de actie geproduceerd door elastische materialen of flexibel op andere lichamen. Voorbeelden van elastische of flexibele materialen zijn veren, rubbers, elastieken. Het is een van de vormen van potentiële energie, net als potentiële zwaartekrachtenergie.
Volgens het internationale systeem van eenheden (SI), De meeteenheid is de Joule., vertegenwoordigd door de letter J.
Zij is recht evenredig met de elastische constante en de vervorming die elastische objecten ondergaandaarom, naarmate ze toenemen, neemt ook de elastische potentiële energie toe.
Formules voor elastische potentiële energie
→ Elastische potentiële energie
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}\) → elastische potentiële energie, gemeten in Joule \([J]\).
k → elastische constante, gemeten in Newton per meter \([N/m]\).
X → vervorming van het object, gemeten in meters\([M]\).
Voorbeeld:
Bepaal de elastische potentiële energie in een veer die 0,5 m wordt belast, wetende dat de veerconstante 200 N/m is.
Oplossing:
We zullen de elastische potentiële energie berekenen met behulp van de formule:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0.5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0.25}2\)
\(E_{pel}=25\ J\)
De elastische potentiële energie is 25 Joule.
→ Elastische potentiële energie gerelateerd aan elastische kracht
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}\) → elastische potentiële energie, gemeten in Joule \([J]\).
\(Gal}\) → elastische kracht, dat wil zeggen de kracht uitgeoefend door de veer, gemeten in Newton \([N]\).
X → vervorming van het object, gemeten in meters \([M]\).
Voorbeeld:
Wat is de elastische potentiële energie in een veer die 2,0 cm wordt belast bij een kracht van 100 N?
Oplossing:
Eerst gaan we de vervorming omrekenen van centimeters naar meters:
20 cm = 0,2 meter
Vervolgens zullen we de elastische potentiële energie berekenen met de formule waarmee deze verband houdt elastische kracht:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\ J\)
De elastische potentiële energie is 10 Joule.
Toepassingen van elastische potentiële energie
De toepassingen van elastische potentiële energie verwijzen voornamelijk naar de omzetting ervan in andere vormen van energie of naar de opslag van kinetische energie. Hieronder zullen we enkele alledaagse voorbeelden van de toepassingen ervan zien.
Autobumpers zijn ontworpen om te vervormen wanneer ze een botsing ondergaan, waarbij de maximale hoeveelheid kinetische energie wordt opgeslagen en omgezet in elastische potentiële energie.
Bij de trampoline hebben we de vervorming van de veren en het elastische materiaal, waardoor er energie ontstaat elastische potentiaal die later zal worden omgezet in kinetische energie en potentiële energie zwaartekracht.
Sommige sneakers hebben veren die de impact van de beweging verminderen, waarbij kinetische energie wordt omgezet in elastische potentiële energie.
Transformatie van elastische potentiële energie
Elastische potentiële energie gehoorzaamt aan het principe van behoud van energie, waarbij energie altijd behouden blijft en niet kan worden gecreëerd of vernietigd. Hierdoor is zij kan worden omgezet in andere vormen van energie, zoals kinetische energie en/of zwaartekracht potentiële energie.
Zoals we in de onderstaande afbeelding kunnen zien, wordt de veer aanvankelijk samengedrukt, maar wanneer ze wordt losgelaten, krijgt ze beweging door de transformatie van elastische potentiële energie in kinetische energie.
Lees ook: Behoud van elektrische lading - de onmogelijkheid om ladingen te creëren of te vernietigen
Voor- en nadelen van elastische potentiële energie
Elastische potentiële energie heeft de volgende voor- en nadelen:
Voordeel: vermindert de impact veroorzaakt door de beweging.
Nadeel: zet energie langzaam om in vergelijking met potentiële zwaartekrachtenergie.
Verschillen tussen elastische potentiële energie en zwaartekracht potentiële energie
Elastische potentiële energie en potentiële zwaartekrachtenergie zijn vormen van potentiële energie die verband houden met verschillende aspecten.
Elastische potentiële energie: geassocieerd met de werking van veren en elastische voorwerpen op lichamen.
Zwaartekracht potentiële energie: geassocieerd met de variatie in hoogte van lichamen die zich in een gebied met een zwaartekrachtveld bevinden.
Opgeloste oefeningen over elastische potentiële energie
vraag 1
(Enem) Speelgoedauto's kunnen van verschillende typen zijn. Onder hen zijn er door een touw aangedreven exemplaren, waarbij een veer aan de binnenkant wordt samengedrukt wanneer het kind de kinderwagen naar achteren trekt. Bij het loslaten begint de kar te bewegen terwijl de veer terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm. Het energieomzettingsproces dat plaatsvindt in de beschreven kar wordt ook geverifieerd in:
A) een dynamo.
B) een autorem.
C) een verbrandingsmotor.
D) een waterkrachtcentrale.
E) een katapult (katapult).
Oplossing:
Alternatief E
In de katapult wordt de elastische potentiële energie van de veer omgezet in kinetische energie, waardoor het object gelanceerd wordt.
vraag 2
(Fatec) Een blok met een massa van 0,60 kg valt vanuit rust op punt A op een baan in het verticale vlak. Punt A bevindt zich 2,0 m boven de voet van de baan, waar een veer met een veerconstante van 150 N/m is bevestigd. De effecten van wrijving zijn te verwaarlozen en we adopteren \(g=10m/s^2\). De maximale veerindrukking is, in meters:
A) 0,80
B) 0,40
C) 0,20
D) 0,10
E) 0,05
Oplossing:
Alternatief B
We gebruiken de stelling van behoud van mechanische energie om de waarde van de maximale compressie van de veer te vinden:
\(E_{m\ voor}=E_{m\ na}\)
A mechanische energie is de som van de kinetische en potentiële energieën, dus:
\(E_{c\ voor}+E_{p\ voor}=E_{c\ na}+E_{p\ na}\)
Waar potentiële energie de som is van elastische potentiële energie en zwaartekracht potentiële energie. Dus we hebben:
\(E_{c\ voor}+E_{pel\ voor}+E_{pg\ voor}=E_{c\ na}+E_{pel\ na}+E_{pg\ na}\)
Aangezien we in dit geval potentiële zwaartekrachtenergie hebben die wordt omgezet in elastische potentiële energie, dan:
\(E_{pg\ voor}=E_{pel\ na}\)
Als we hun respectievelijke formules vervangen, krijgen we:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0,16\)
\(x=\sqrt{0,16}\)
\(x=0.4\m\)
Door Pamella Raphaella Melo
Natuurkunde leraar
Bron: Braziliaanse school - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm