A energie potenţială elastică este un fel de energie potențială legat de proprietățile elastice ale materialelor, a căror compresie sau elasticitate este capabilă să producă mișcarea corpurilor. Unitatea sa de măsură este Joule și poate fi calculată prin produsul dintre constanta elastică și pătratul deformației suferite de obiectul elastic, împărțit la doi.
Aflați mai multe: Energia potențială electrică - o formă de energie potențială care necesită interacțiunea sarcinilor electrice
Rezumatul energiei potențiale elastice
A energie Potențialul elastic este o formă de energie potențială asociată cu deformarea și alungirea corpurilor elastice.
Formula sa de calcul este următoarea:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
Poate fi calculată și prin formula care leagă energia potențială elastică de forța elastică:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
La fizic, energia este întotdeauna conservată, niciodată generată sau distrusă.
Este posibilă transformarea energiei potențiale elastice în energie potențială gravitațională și/sau energie cinetică.
Energia potențială elastică se transformă în energie cinetică mai lent decât s-ar face energia potențială gravitațională.
Energia potențială gravitațională este legată de variația de înălțime a corpurilor situate într-o regiune cu câmp gravitațional.
Ce este energia potențială elastică?
Energia potenţială elastică este unu cantitate fizica descuamarea legată de acţiunea produsă de materiale elastice sau flexibil asupra altor corpuri. Exemple de materiale elastice sau flexibile sunt arcurile, cauciucurile, elasticele. Este una dintre formele de energie potențială, la fel ca energia potențială gravitațională.
Conform Sistemului Internațional de Unități (SI), Unitatea sa de măsură este Joule., reprezentat prin litera J.
Ea este direct proporţională cu constanta elastică şi cu deformaţia suferită de obiectele elastice, prin urmare, pe măsură ce cresc, crește și energia potențială elastică.
Formule elastice de energie potențială
→ Energie potenţială elastică
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}\) → energie potenţială elastică, măsurată în Jouli \([J]\).
k → constantă elastică, măsurată în Newton pe metru \([N/m]\).
X → deformarea obiectului, măsurată în metri\([m]\).
Exemplu:
Determinați energia potențială elastică într-un arc care este solicitat cu 0,5 m știind că constanta sa elastică este de 200 N/m.
Rezoluţie:
Vom calcula energia potențială elastică folosind formula sa:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,25}2\)
\(E_{pel}=25\ J\)
Energia potențială elastică este de 25 Jouli.
→ Energia potențială elastică legată de forța elastică
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}\) → energie potenţială elastică, măsurată în Jouli \([J]\).
\(Fiere}\) → forța elastică, adică forța exercitată de arc, măsurată în Newton \([N]\).
X → deformarea obiectului, măsurată în metri \([m]\).
Exemplu:
Care este energia potențială elastică într-un arc care este solicitat cu 2,0 cm atunci când este supus unei forțe de 100 N?
Rezoluţie:
Mai întâi vom converti deformația de la centimetri la metri:
20 cm = 0,2 m
Apoi vom calcula energia potențială elastică prin formula cu care o raportează forță elastică:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\ J\)
Energia potențială elastică este de 10 Jouli.
Aplicații ale energiei potențiale elastice
Aplicațiile energiei potențiale elastice se referă în principal la transformarea sa în alte forme de energie sau la stocarea energiei cinetice. Mai jos vom vedea câteva exemple de zi cu zi ale aplicațiilor sale.
Barele de protecție auto sunt proiectate să se deformeze atunci când suferă un impact, stochând cantitatea maximă de energie cinetică și transformând-o în energie potențială elastică.
La trambulină avem deformarea arcurilor și a materialului elastic, provocând o energie potenţial elastic care va fi ulterior transformat în energie cinetică şi energie potenţială gravitațională.
Unii adidasi au arcuri care reduc impactul suferit de miscare, in care energia cinetica este transformata in energie potentiala elastica.
Transformarea energiei potențiale elastice
Energia potențială elastică se supune principiului conservării energiei, în care energia este întotdeauna conservată și nu poate fi creată sau distrusă. Datorită acestui fapt, ea poate fi convertit în alte forme de energie, cum ar fi energie kinetică și/sau energia potențială gravitațională.
După cum putem vedea în imaginea de mai jos, arcul este inițial comprimat, dar atunci când este eliberat, capătă mișcare datorită transformării energiei potențiale elastice în energie cinetică.
Citeste si: Conservarea sarcinii electrice - imposibilitatea de a crea sau distruge sarcini
Avantajele și dezavantajele energiei potențiale elastice
Energia potențială elastică are următoarele avantaje și dezavantaje:
Avantaj: reduce impactul cauzat de mișcare.
Dezavantaj: convertește lent energia în comparație cu energia potențială gravitațională.
Diferențele dintre energia potențială elastică și energia potențială gravitațională
Energia potențială elastică și energia potențială gravitațională sunt forme de energie potențială legate de diferite aspecte.
Energia potențială elastică: asociat cu acţiunea arcurilor şi a obiectelor elastice asupra corpurilor.
Energia potențială gravitațională: asociat cu variația în înălțime a corpurilor care se află într-o regiune cu câmp gravitațional.
Exerciții rezolvate despre energia potențială elastică
intrebarea 1
(Enem) Mașinile de jucărie pot fi de mai multe tipuri. Printre acestea se numără și cele cu funie, în care un arc din interior este comprimat atunci când copilul trage căruciorul înapoi. Când este eliberat, căruciorul începe să se miște în timp ce arcul revine la forma sa inițială. Procesul de conversie a energiei care are loc în căruciorul descris este verificat și în:
A) un dinam.
B) o frână de mașină.
C) un motor cu ardere.
d) o centrală hidroelectrică.
E) o praștie (slingshot).
Rezoluţie:
Alternativa E
În praștie, energia potențială elastică din arc este convertită în energie cinetică, determinând lansarea obiectului.
intrebarea 2
(Fatec) Un bloc cu masa de 0,60 kg este aruncat din repaus în punctul A pe o cale în plan vertical. Punctul A se află la 2,0 m deasupra bazei căii, unde este fixat un arc de constantă elastică de 150 N/m. Efectele frecării sunt neglijabile și adoptăm \(g=10m/s^2\). Compresia maximă a arcului este, în metri:
A) 0,80
B) 0,40
C) 0,20
D) 0,10
E) 0,05
Rezoluţie:
Alternativa B
Vom folosi teorema lui conservarea energiei mecanice pentru a afla valoarea compresiunii maxime suferite de arc:
\(E_{m\ înainte}=E_{m\ după}\)
A energie mecanică este suma energiilor cinetice și potențiale, deci:
\(E_{c\ înainte de}+E_{p\ înainte de}=E_{c\ după}+E_{p\ după}\)
Unde energia potențială este suma energiei potențiale elastice și a energiei potențiale gravitaționale. Deci avem:
\(E_{c\ before}+E_{pel\ before}+E_{pg\ before}=E_{c\ after}+E_{pel\ after}+E_{pg\ after}\)
Deoarece, în acest caz, avem energie potențială gravitațională care se transformă în energie potențială elastică, atunci:
\(E_{pg\ înainte de}=E_{pel\ după}\)
Înlocuind formulele respective, obținem:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0,16\)
\(x=\sqrt{0,16}\)
\(x=0,4\m\)
De Pamella Raphaella Melo
Profesor de fizică
Sursă: Brazilia școală - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm