А упругая потенциальная энергия это своего рода потенциальная энергия связаны с упругими свойствами материалов, сжатие или упругость которых способны вызывать движение тел. Его единицей измерения является джоуль, и его можно рассчитать как произведение постоянной упругости на квадрат деформации, испытываемой упругим объектом, деленное на два.
Узнать больше: Электрическая потенциальная энергия - форма потенциальной энергии, которая требует взаимодействия электрических зарядов.
Резюме упругой потенциальной энергии
А энергия Упругий потенциал — это форма потенциальной энергии, связанная с деформацией и удлинением упругих тел.
Формула его расчета выглядит следующим образом:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
Его также можно рассчитать по формуле, связывающей потенциальную энергию упругости с силой упругости:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
В физический, энергия всегда сохраняется, никогда не генерируется и не уничтожается.
Можно преобразовать упругую потенциальную энергию в гравитационную потенциальную энергию и/или кинетическую энергию.
Упругая потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию медленнее, чем гравитационная потенциальная энергия.
Гравитационная потенциальная энергия связана с изменением высоты тел, находящихся в области гравитационного поля.
Что такое упругая потенциальная энергия?
Упругая потенциальная энергия равна один физическое количество масштабирование, связанное с действием, производимым эластичными материалами или гибкий на других телах. Примерами эластичных или гибких материалов являются пружины, каучуки, эластики. Это одна из форм потенциальной энергии, как и гравитационная потенциальная энергия.
Согласно Международной системе единиц (СИ), Его единицей измерения является джоуль., представленный буквой Дж.
Она прямо пропорциональна упругой константе и деформации, испытываемой упругими объектами, поэтому по мере их увеличения растет и упругая потенциальная энергия.
Формулы упругой потенциальной энергии
→ Упругая потенциальная энергия
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{пел}\) → упругая потенциальная энергия, измеряемая в джоулях \([Дж]\).
к → постоянная упругости, измеряемая в ньютонах на метр \([Н/м]\).
Икс → деформация объекта, измеряемая в метрах\([м]\).
Пример:
Определить упругую потенциальную энергию пружины, растянутой на 0,5 м, зная, что ее жесткость равна 200 Н/м.
Разрешение:
Рассчитаем упругую потенциальную энергию по ее формуле:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,25}2\)
\(E_{pel}=25\ Дж\)
Потенциальная энергия упругости равна 25 Дж.
→ Упругая потенциальная энергия, связанная с силой упругости
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{пел}\) → упругая потенциальная энергия, измеряемая в джоулях \([Дж]\).
\(Галл}\) → сила упругости, то есть сила, действующая на пружину, измеряемая в Ньютонах \([Н]\).
Икс → деформация объекта, измеряемая в метрах \([м]\).
Пример:
Чему равна потенциальная упругая энергия пружины, растянутой на 2,0 см под действием силы 100 Н?
Разрешение:
Сначала переведем деформацию из сантиметров в метры:
20 см = 0,2 м
Затем рассчитаем упругую потенциальную энергию по формуле, связывающей ее с сила упругости:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\ Дж\)
Потенциальная энергия упругости равна 10 Дж.
Приложения упругой потенциальной энергии
Применение упругой потенциальной энергии в основном относятся к ее преобразованию в другие формы энергии или к накоплению кинетической энергии. Ниже мы увидим несколько повседневных примеров его применения.
Автомобильные бамперы спроектированы так, чтобы деформироваться при ударе, сохраняя максимальное количество кинетической энергии и преобразовывая ее в упругую потенциальную энергию.
В батуте деформация пружин и эластичного материала вызывает энергию упругий потенциал, который позже будет преобразован в кинетическую энергию и потенциальную энергию гравитационный.
У некоторых кроссовок есть пружины, которые уменьшают воздействие, возникающее при движении, при котором кинетическая энергия преобразуется в упругую потенциальную энергию.
Преобразование упругой потенциальной энергии
Упругая потенциальная энергия подчиняется принципу сохранения энергии, при котором энергия всегда сохраняется и не может быть создана или уничтожена. Благодаря этому она могут быть преобразованы в другие формы энергии, такие как кинетическая энергия и/или гравитационно потенциальная энергия.
Как мы видим на изображении ниже, пружина изначально сжата, но при отпускании приобретает движение за счет преобразования упругой потенциальной энергии в кинетическую.
Читайте также: Сохранение электрического заряда — невозможность создания или уничтожения зарядов.
Преимущество и недостаток упругой потенциальной энергии
Упругая потенциальная энергия имеет следующие преимущества и недостатки:
Преимущество: уменьшает воздействие, вызванное движением.
Недостаток: преобразует энергию медленно по сравнению с гравитационной потенциальной энергией.
Различия между упругой потенциальной энергией и гравитационной потенциальной энергией
Упругая потенциальная энергия и гравитационная потенциальная энергия являются формами потенциальной энергии, относящимися к разным аспектам.
Упругая потенциальная энергия: связанные с действием пружин и упругих предметов на тела.
Гравитационно потенциальная энергия: связано с изменением высоты тел, находящихся в области действия гравитационного поля.
Решенные упражнения на упругую потенциальную энергию
Вопрос 1
(Энем) Игрушечные машинки могут быть нескольких видов. Среди них есть тросовые, в которых пружина внутри сжимается, когда ребенок тянет коляску назад. При отпускании тележка начинает двигаться, а пружина возвращается в исходную форму. Процесс преобразования энергии, происходящий в описываемой тележке, также подтверждается:
А) динамо.
Б) автомобильный тормоз.
в) двигатель внутреннего сгорания.
г) гидроэлектростанция.
Е) рогатка (рогатка).
Разрешение:
Альтернатива Е
В рогатке упругая потенциальная энергия пружины преобразуется в кинетическую энергию, в результате чего объект высвобождается.
вопрос 2
(Fatec) Брусок массой 0,60 кг падает из состояния покоя в точке А на рельс в вертикальной плоскости. Точка А находится на 2,0 м выше основания пути, где закреплена пружина с жесткостью 150 Н/м. Эффекты трения пренебрежимо малы, и мы принимаем \(г=10 м/с^2\). Максимальное сжатие пружины в метрах:
А) 0,80
Б) 0,40
В) 0,20
Г) 0,10
Д) 0,05
Разрешение:
Альтернатива Б
Мы будем использовать теорему сохранение механической энергии найти максимальное сжатие пружины:
\(E_{м\до}=E_{м\после}\)
А механическая энергия представляет собой сумму кинетической и потенциальной энергий, поэтому:
\(E_{c\ до}+E_{p\ перед}=E_{c\ после}+E_{p\ после}\)
Где потенциальная энергия представляет собой сумму упругой потенциальной энергии и гравитационной потенциальной энергии. Итак, у нас есть:
\(E_{c\ перед}+E_{pel\ перед}+E_{pg\ перед}=E_{c\ после}+E_{pel\ после}+E_{pg\ после}\)
Поскольку в этом случае мы имеем гравитационную потенциальную энергию, преобразующуюся в упругую потенциальную энергию, то:
\(E_{pg\ перед}=E_{pel\ после}\)
Подставляя соответствующие формулы, получаем:
\(м\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(х^2=\фракция{12}{75}\)
\(х^2=0,16\)
\(х=\sqrt{0,16}\)
\(х=0,4\м\)
Памелла Рафаэлла Мело
Учитель физики
Источник: Бразильская школа - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm