A elastisk potentiell energi det är ett slags potentiell energi kopplat till de elastiska egenskaperna hos material, vars kompression eller elasticitet är kapabel att producera kroppsrörelser. Dess måttenhet är Joule, och den kan beräknas av produkten mellan elasticitetskonstanten och kvadraten på deformationen som det elastiska föremålet utsätts för, dividerat med två.
Veta mer: Elektrisk potentiell energi — en form av potentiell energi som kräver interaktion av elektriska laddningar
Sammanfattning av elastisk potentiell energi
A energi Elastisk potential är en form av potentiell energi associerad med deformation och förlängning av elastiska kroppar.
Dess beräkningsformel är följande:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
Det kan också beräknas med formeln som relaterar den elastiska potentiella energin till den elastiska kraften:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
På fysisk, energi bevaras alltid, genereras eller förstörs aldrig.
Det är möjligt att omvandla elastisk potentiell energi till gravitationell potentiell energi och/eller kinetisk energi.
Elastisk potentiell energi omvandlas till kinetisk energi långsammare än gravitationell potentiell energi skulle göra.
Gravitationspotentialenergi är relaterad till höjdvariationen hos kroppar som är belägna i en region med gravitationsfält.
Vad är elastisk potentiell energi?
Den elastiska potentiella energin är ett fysisk kvantitet skalning relaterad till verkan som produceras av elastiska material eller flexibel på andra organ. Exempel på elastiska eller flexibla material är fjädrar, gummi, resår. Det är en av formerna av potentiell energi, precis som gravitationell potentiell energi.
Enligt International System of Units (SI), Dess måttenhet är Joule., representerad av bokstaven J.
Hon är direkt proportionell mot den elastiska konstanten och den deformation som utsätts för elastiska föremålDärför, när de ökar, ökar också den elastiska potentiella energin.
Elastiska potentiella energiformler
→ Elastisk potentiell energi
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}\) → elastisk potentiell energi, mätt i joule \([J]\).
k → elastisk konstant, mätt i Newton per meter \([N/m]\).
x → deformation av föremålet, mätt i meter\([m]\).
Exempel:
Bestäm den elastiska potentiella energin i en fjäder som är spänd med 0,5 m med vetskap om att dess fjäderkonstant är 200 N/m.
Upplösning:
Vi kommer att beräkna den elastiska potentiella energin med hjälp av dess formel:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0.5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0.25}2\)
\(E_{pel}=25\ J\)
Den elastiska potentiella energin är 25 Joule.
→ Elastisk potentiell energi relaterad till elastisk kraft
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}\) → elastisk potentiell energi, mätt i joule \([J]\).
\(Galla}\) → elastisk kraft, det vill säga kraften som utövas av fjädern, mätt i Newton \([N]\).
x → deformation av föremålet, mätt i meter \([m]\).
Exempel:
Vad är den elastiska potentiella energin i en fjäder som spänns med 2,0 cm när den utsätts för en kraft på 100 N?
Upplösning:
Först konverterar vi deformationen från centimeter till meter:
20 cm = 0,2 m
Sedan kommer vi att beräkna den elastiska potentiella energin med formeln som relaterar den till elastisk kraft:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\ J\)
Den elastiska potentiella energin är 10 Joule.
Tillämpningar av elastisk potentiell energi
Tillämpningarna av elastisk potentiell energi hänvisar främst till dess omvandling till andra energiformer eller till lagring av kinetisk energi. Nedan kommer vi att se några vardagliga exempel på dess tillämpningar.
Bilstötfångare är utformade för att deformeras när de utsätts för en kollision, lagrar den maximala mängden kinetisk energi och omvandlar den till elastisk potentiell energi.
I studsmattan har vi deformationen av fjädrarna och det elastiska materialet, vilket orsakar en energi elastisk potential som senare kommer att omvandlas till kinetisk energi och potentiell energi gravitationell.
Vissa sneakers har fjädrar som minskar påverkan av rörelsen, där kinetisk energi omvandlas till elastisk potentiell energi.
Transformation av elastisk potentiell energi
Elastisk potentiell energi följer principen om energibevarande, där energi alltid bevaras och inte kan skapas eller förstöras. På grund av detta har hon kan omvandlas till andra energiformer, som t.ex rörelseenergi och/eller potentiell gravitationsenergi.
Som vi kan se på bilden nedan är fjädern initialt komprimerad, men när den släpps får den rörelse på grund av omvandlingen av elastisk potentiell energi till kinetisk energi.
Läs också: Bevarande av elektrisk laddning — omöjligheten att skapa eller förstöra laddningar
För- och nackdelar med elastisk potentiell energi
Elastisk potentiell energi har följande fördelar och nackdelar:
Fördel: minskar påverkan som orsakas av rörelsen.
Nackdel: omvandlar energi långsamt jämfört med gravitationell potentiell energi.
Skillnader mellan elastisk potentiell energi och gravitationell potentiell energi
Elastisk potentiell energi och gravitationell potentiell energi är former av potentiell energi relaterade till olika aspekter.
Elastisk potentiell energi: förknippas med verkan av fjädrar och elastiska föremål på kroppar.
Potentiell gravitationsenergi: associerad med variationen i höjd hos kroppar som befinner sig i ett område med gravitationsfält.
Lösta övningar om elastisk potentiell energi
fråga 1
(Enem) Leksaksbilar kan vara av flera typer. Bland dem finns det repdrivna, i vilka en fjäder inuti trycks ihop när barnet drar vagnen bakåt. När den släpps börjar vagnen röra sig medan fjädern återgår till sin ursprungliga form. Energiomvandlingsprocessen som äger rum i den beskrivna vagnen verifieras också i:
A) en dynamo.
B) en bilbroms.
C) en förbränningsmotor.
D) ett vattenkraftverk.
E) en slangbella (slunga).
Upplösning:
Alternativ E
I slangbellan omvandlas den elastiska potentiella energin från fjädern till kinetisk energi, vilket gör att föremålet frigörs.
fråga 2
(Fatec) Ett block med massan 0,60 kg tappas från vila vid punkt A på ett spår i vertikalplanet. Punkt A är 2,0 m ovanför spårets bas, där en fjäderkonstant 150 N/m är fixerad. Effekterna av friktion är försumbara och vi anammar \(g=10m/s^2\). Den maximala fjäderkompressionen är i meter:
A) 0,80
B) 0,40
C) 0,20
D) 0,10
E) 0,05
Upplösning:
Alternativ B
Vi kommer att använda satsen om bevarande av mekanisk energi för att hitta värdet på den maximala kompressionen som fjädern drabbats av:
\(E_{m\ före}=E_{m\ efter}\)
A mekanisk energi är summan av kinetiska och potentiella energier, så:
\(E_{c\ före}+E_{p\ före}=E_{c\ efter}+E_{p\ efter}\)
Där potentiell energi är summan av elastisk potentiell energi och gravitationell potentiell energi. Så vi har:
\(E_{c\ före}+E_{pel\ före}+E_{pg\ före}=E_{c\ efter}+E_{pel\ efter}+E_{pg\ efter}\)
Eftersom vi i detta fall har gravitationell potentiell energi som omvandlas till elastisk potentiell energi, då:
\(E_{pg\ före}=E_{pel\ efter}\)
Om vi ersätter deras respektive formler får vi:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0,16\)
\(x=\sqrt{0,16}\)
\(x=0,4\m\)
Av Pamella Raphaella Melo
Fysikalärare
Källa: Brasilien skola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm