A elastična potencialna energija to je neke vrste potencialna energija povezana z elastičnimi lastnostmi materialov, katerih stiskanje ali elastičnost je sposobna povzročiti gibanje teles. Njegova merska enota je Joule in se lahko izračuna s produktom med elastično konstanto in kvadratom deformacije, ki jo je utrpel elastični predmet, deljeno z dva.
Izvedite več: Električna potencialna energija — oblika potencialne energije, ki zahteva interakcijo električnih nabojev
Povzetek elastične potencialne energije
A energija Elastični potencial je oblika potencialne energije, povezana z deformacijo in raztezkom prožnih teles.
Njegova formula za izračun je naslednja:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
Izračunamo jo lahko tudi po formuli, ki povezuje elastično potencialno energijo z elastično silo:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
pri fizično, se energija vedno ohranja, nikoli ne ustvari ali uniči.
Prožnostno potencialno energijo je mogoče pretvoriti v gravitacijsko potencialno energijo in/ali kinetično energijo.
Elastična potencialna energija se pretvori v kinetično energijo počasneje kot gravitacijska potencialna energija.
Gravitacijska potencialna energija je povezana z variacijo višine teles, ki se nahajajo v območju z gravitacijskim poljem.
Kaj je elastična potencialna energija?
Elastična potencialna energija je eno fizikalna količina skaliranje, povezano z delovanjem, ki ga povzročajo elastični materiali oz prilagodljiv na drugih telesih. Primeri elastičnih ali upogljivih materialov so vzmeti, gume, elastike. Je ena izmed oblik potencialne energije, tako kot gravitacijska potencialna energija.
Po mednarodnem sistemu enot (SI), Njegova merska enota je Joule., ki ga predstavlja črka J.
Ona je neposredno sorazmeren z elastično konstanto in deformacijo, ki jo utrpijo elastični predmeti, zato se z njihovim povečanjem povečuje tudi elastična potencialna energija.
Formule elastične potencialne energije
→ Elastična potencialna energija
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}\) → elastična potencialna energija, merjena v Joulih \([J]\).
k → elastična konstanta, merjena v Newtonih na meter \([N/m]\).
x → deformacija objekta, merjena v metrih\([m]\).
primer:
Določite prožnostno potencialno energijo vzmeti, ki je napeta za 0,5 m, pri čemer veste, da je njena konstanta vzmeti 200 N/m.
Resolucija:
Prožnostno potencialno energijo bomo izračunali po njeni formuli:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,25}2\)
\(E_{pel}=25\ J\)
Prožnostna potencialna energija je 25 joulov.
→ Elastična potencialna energija povezana z elastično silo
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}\) → elastična potencialna energija, merjena v Joulih \([J]\).
\(žolč}\) → elastična sila, to je sila, s katero deluje vzmet, merjena v Newtonih \([N]\).
x → deformacija objekta, merjena v metrih \([m]\).
primer:
Kolikšna je elastična potencialna energija vzmeti, ki je napeta za 2,0 cm, ko je izpostavljena sili 100 N?
Resolucija:
Najprej bomo deformacijo pretvorili iz centimetrov v metre:
20 cm = 0,2 m
Nato bomo izračunali elastično potencialno energijo po formuli, ki jo povezuje elastična sila:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\ J\)
Elastična potencialna energija je 10 joulov.
Uporaba elastične potencialne energije
Uporaba elastične potencialne energije nanašajo predvsem na njeno pretvorbo v druge oblike energije ali na shranjevanje kinetične energije. Spodaj si bomo ogledali nekaj vsakodnevnih primerov njegove uporabe.
Avtomobilski odbijači so zasnovani tako, da se ob udarcu deformirajo, pri čemer shranijo največjo količino kinetične energije in jo pretvorijo v prožno potencialno energijo.
Pri trampolinu pride do deformacije vzmeti in elastičnega materiala, ki povzroča energijo prožni potencial, ki se bo kasneje pretvoril v kinetično in potencialno energijo gravitacijski.
Nekatere superge imajo vzmeti, ki zmanjšujejo udarce gibanja, pri čemer se kinetična energija pretvarja v elastično potencialno energijo.
Transformacija prožne potencialne energije
Elastična potencialna energija upošteva načelo ohranjanja energije, pri katerem je energija vedno ohranjena in je ni mogoče ustvariti ali uničiti. Zaradi tega je lahko pretvorimo v druge oblike energije, kot npr kinetična energija in/ali gravitacijska potencialna energija.
Kot lahko vidimo na spodnji sliki, je vzmet sprva stisnjena, ko pa jo sprostimo, se premakne zaradi pretvorbe elastične potencialne energije v kinetično.
Preberite tudi: Ohranjanje električnega naboja - nezmožnost ustvarjanja ali uničenja nabojev
Prednost in slabost elastične potencialne energije
Elastična potencialna energija ima naslednje prednosti in slabosti:
Prednost: zmanjša vpliv, ki ga povzroča gibanje.
Slabost: počasi pretvarja energijo v primerjavi z gravitacijsko potencialno energijo.
Razlike med elastično potencialno energijo in gravitacijsko potencialno energijo
Elastična potencialna energija in gravitacijska potencialna energija sta obliki potencialne energije, povezani z različnimi vidiki.
Elastična potencialna energija: povezana z delovanjem vzmeti in prožnih predmetov na telesa.
Gravitacijska potencialna energija: povezana z variacijo višine teles, ki so v območju z gravitacijskim poljem.
Rešene vaje o elastični potencialni energiji
Vprašanje 1
(Enem) Avtomobili so lahko več vrst. Med njimi so tudi na vrvni pogon, pri katerih se vzmet v notranjosti stisne, ko otrok voziček vleče nazaj. Ko ga sprostite, se voziček začne premikati, vzmet pa se vrne v prvotno obliko. Proces pretvorbe energije, ki poteka v opisanem vozičku, je preverjen tudi v:
A) dinamo.
B) avtomobilska zavora.
C) motor z notranjim izgorevanjem.
D) hidroelektrarna.
E) frača (frača).
Resolucija:
Alternativa E
V frači se elastična potencialna energija vzmeti pretvori v kinetično energijo, zaradi česar se predmet sprosti.
vprašanje 2
(Fatec) Kocka z maso 0,60 kg je padla iz mirovanja v točki A na stezo v navpični ravnini. Točka A je 2,0 m nad vznožjem steze, kjer je pritrjena vzmet vzmetne konstante 150 N/m. Učinki trenja so zanemarljivi in jih posvojimo \(g=10m/s^2\). Največja kompresija vzmeti je v metrih:
A) 0,80
B) 0,40
C) 0,20
D) 0,10
E) 0,05
Resolucija:
Alternativa B
Uporabili bomo izrek iz ohranjanje mehanske energije da bi našli vrednost največje kompresije, ki jo utrpi vzmet:
\(E_{m\ pred}=E_{m\ po}\)
A mehanska energija je vsota kinetične in potencialne energije, torej:
\(E_{c\ pred}+E_{p\ pred}=E_{c\ po}+E_{p\ po}\)
Pri čemer je potencialna energija vsota elastične potencialne energije in gravitacijske potencialne energije. Torej imamo:
\(E_{c\ pred}+E_{pel\ pred}+E_{pg\ pred}=E_{c\ po}+E_{pel\ po}+E_{str\ po}\)
Ker se v tem primeru gravitacijska potencialna energija pretvarja v elastično potencialno energijo, potem:
\(E_{str\ pred}=E_{pel\ po}\)
Če zamenjamo njihove formule, dobimo:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0,16\)
\(x=\sqrt{0,16}\)
\(x=0,4\m\)
Avtor: Pamella Raphaella Melo
Učiteljica fizike
Vir: Brazilska šola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm
