ก พลังงานศักย์ยืดหยุ่น มันเป็นชนิดของ พลังงานศักย์ เชื่อมโยงกับคุณสมบัติการยืดหยุ่นของวัสดุ ซึ่งการบีบอัดหรือความยืดหยุ่นสามารถทำให้เกิดการเคลื่อนไหวของร่างกายได้ หน่วยวัดของมันคือจูล และสามารถคำนวณได้จากผลคูณระหว่างค่าคงที่ยืดหยุ่นและกำลังสองของการเสียรูปที่เกิดจากวัตถุยืดหยุ่น หารด้วยสอง
รู้เพิ่มเติม: พลังงานศักย์ไฟฟ้า — พลังงานศักย์รูปแบบหนึ่งที่ต้องใช้ปฏิสัมพันธ์ของประจุไฟฟ้า
สรุปพลังงานศักย์ยืดหยุ่น
ก พลังงาน ศักย์ยืดหยุ่นเป็นรูปแบบหนึ่งของพลังงานศักย์ที่เกี่ยวข้องกับการเสียรูปและการยืดตัวของวัตถุยืดหยุ่น
สูตรการคำนวณมีดังนี้:
\(E_{เพล}=\frac{k\cdot x^2}2\)
นอกจากนี้ยังสามารถคำนวณได้โดยสูตรที่เกี่ยวข้องกับพลังงานศักย์ยืดหยุ่นกับแรงยืดหยุ่น:
\(E_{เพล}=\frac{F_{เพล}\cdot x}2\)
ที่ ทางกายภาพ, พลังงานถูกอนุรักษ์ไว้เสมอ ไม่เคยสร้างหรือถูกทำลาย
เป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนพลังงานศักย์ยืดหยุ่นเป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วงและ/หรือพลังงานจลน์
พลังงานศักย์ยืดหยุ่นจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ได้ช้ากว่าพลังงานศักย์โน้มถ่วง
พลังงานศักย์โน้มถ่วงเกี่ยวข้องกับความสูงที่แปรผันของวัตถุที่อยู่ในบริเวณที่มีสนามโน้มถ่วง
พลังงานศักย์ยืดหยุ่นคืออะไร?
พลังงานศักย์ยืดหยุ่นคือ หนึ่ง ปริมาณทางกายภาพ การปรับขนาดที่เกี่ยวข้องกับการกระทำที่เกิดจากวัสดุยืดหยุ่นหรือ ยืดหยุ่นในร่างกายอื่น ๆ. ตัวอย่างของวัสดุยืดหยุ่นหรือยืดหยุ่นได้ เช่น สปริง ยาง ยางยืด เป็นพลังงานศักย์รูปแบบหนึ่ง เช่นเดียวกับพลังงานศักย์โน้มถ่วง
ตามระบบหน่วยสากล (ศรี), หน่วยวัดของมันคือจูล, แทนด้วยตัวอักษร เจ.
เธอคือ เป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่าคงที่ยืดหยุ่นและการเสียรูปที่เกิดจากวัตถุยืดหยุ่นดังนั้น เมื่อเพิ่มขึ้น พลังงานศักย์ยืดหยุ่นก็เพิ่มขึ้นด้วย
สูตรพลังงานศักย์ยืดหยุ่น
→ พลังงานศักย์ยืดหยุ่น
\(E_{เพล}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{เพล}\) → พลังงานศักย์ยืดหยุ่น วัดเป็นจูล \([เจ]\).
เค → ค่าคงที่ยืดหยุ่น วัดเป็นนิวตันต่อเมตร \([N/m]\).
x → การเสียรูปของวัตถุ วัดเป็นเมตร\([ม]\).
ตัวอย่าง:
จงหาพลังงานศักย์ยืดหยุ่นในสปริงที่ตึง 0.5 ม. โดยรู้ว่าค่าคงที่ของสปริงคือ 200 นิวตัน/เมตร
ปณิธาน:
เราจะคำนวณพลังงานศักย์ยืดหยุ่นโดยใช้สูตร:
\(E_{เพล}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{เพล}=\frac{200\cdot 0.5^2}2\)
\(E_{เพล}=\frac{200\cdot 0.25}2\)
\(E_{เพล}=25\ J\)
พลังงานศักย์ยืดหยุ่นคือ 25 จูล
→ พลังงานศักย์ยืดหยุ่นที่เกี่ยวข้องกับแรงยืดหยุ่น
\(E_{เพล}=\frac{F_{เพล}\cdot x}2\)
\(E_{เพล}\) → พลังงานศักย์ยืดหยุ่น วัดเป็นจูล \([เจ]\).
\(แกล}\) → แรงยืดหยุ่น นั่นคือแรงที่สปริงกระทำ โดยวัดเป็นนิวตัน \([น]\).
x → การเสียรูปของวัตถุ วัดเป็นเมตร \([ม]\).
ตัวอย่าง:
พลังงานศักย์ยืดหยุ่นในสปริงที่ตึง 2.0 ซม. เมื่อรับแรง 100 นิวตันเป็นเท่าใด
ปณิธาน:
ก่อนอื่นเราจะแปลงการเสียรูปจากเซนติเมตรเป็นเมตร:
20 ซม. = 0.2 ม
จากนั้นเราจะคำนวณพลังงานศักย์ยืดหยุ่นตามสูตรที่เกี่ยวข้อง แรงยืดหยุ่น:
\(E_{เพล}=\frac{F_{เพล}\cdot x}2\)
\(E_{เพล}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{เพล}=10\ J\)
พลังงานศักย์ยืดหยุ่นคือ 10 จูล
การประยุกต์ใช้พลังงานศักย์ยืดหยุ่น
การประยุกต์ใช้พลังงานศักย์ยืดหยุ่น ส่วนใหญ่หมายถึงการแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่นหรือการจัดเก็บพลังงานจลน์. ด้านล่างนี้เราจะเห็นตัวอย่างการใช้งานในชีวิตประจำวัน
กันชนรถยนต์ได้รับการออกแบบให้เปลี่ยนรูปเมื่อได้รับแรงกระแทก โดยกักเก็บพลังงานจลน์ในปริมาณสูงสุดและแปลงเป็นพลังงานศักย์ยืดหยุ่น
ในแทรมโพลีน เราเปลี่ยนรูปร่างของสปริงและวัสดุยืดหยุ่น ทำให้เกิดพลังงาน ศักย์ยืดหยุ่นซึ่งต่อมาจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ แรงดึงดูด
รองเท้าผ้าใบบางรุ่นมีสปริงที่ช่วยลดแรงกระแทกจากการเคลื่อนไหว ซึ่งพลังงานจลน์จะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานศักย์ยืดหยุ่น
การแปลงพลังงานศักย์ยืดหยุ่น
พลังงานศักย์ยืดหยุ่นเป็นไปตามหลักการอนุรักษ์พลังงาน ซึ่งพลังงานจะถูกสงวนไว้เสมอและไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้ ด้วยเหตุนี้เธอ เปลี่ยนเป็นพลังงานรูปแบบอื่นได้ เช่น พลังงานจลน์ และ/หรือ พลังงานศักย์โน้มถ่วง.
ดังที่เราเห็นในภาพด้านล่าง สปริงจะถูกบีบอัดในขั้นต้น แต่เมื่อปล่อยออก สปริงจะมีการเคลื่อนไหวเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของพลังงานศักย์ยืดหยุ่นเป็นพลังงานจลน์
อ่านด้วย: การอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า — ความเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างหรือทำลายประจุไฟฟ้า
ข้อดีและข้อเสียของพลังงานศักย์ยืดหยุ่น
พลังงานศักย์ยืดหยุ่นมีข้อดีและข้อเสียดังนี้
ข้อได้เปรียบ: ลดแรงกระแทกที่เกิดจากการเคลื่อนไหว
ข้อเสีย: แปลงพลังงานอย่างช้าๆ เมื่อเทียบกับพลังงานศักย์โน้มถ่วง
ความแตกต่างระหว่างพลังงานศักย์ยืดหยุ่นและพลังงานศักย์โน้มถ่วง
พลังงานศักย์ยืดหยุ่นและพลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็นรูปแบบของพลังงานศักย์ที่เกี่ยวข้องกับด้านต่างๆ
พลังงานศักย์ยืดหยุ่น: เกี่ยวข้องกับการกระทำของสปริงและวัตถุยืดหยุ่นในร่างกาย
พลังงานศักย์โน้มถ่วง: เกี่ยวข้องกับการแปรผันของความสูงของวัตถุที่อยู่ในบริเวณที่มีสนามโน้มถ่วง
แบบฝึกหัดเรื่องพลังงานศักย์ยืดหยุ่น
คำถามที่ 1
(ศัตรู) รถของเล่นมีได้หลายประเภท ในหมู่พวกเขามีเชือกที่ขับเคลื่อนด้วยสปริงซึ่งด้านในจะถูกบีบอัดเมื่อเด็กดึงรถเข็นไปด้านหลัง เมื่อปล่อยออก รถเข็นจะเริ่มเคลื่อนที่ในขณะที่สปริงกลับคืนสู่รูปร่างเดิม กระบวนการแปลงพลังงานที่เกิดขึ้นในรถเข็นที่อธิบายไว้ยังได้รับการตรวจสอบใน:
ก) ไดนาโม
B) เบรกรถ
C) เครื่องยนต์สันดาป
D) โรงไฟฟ้าพลังน้ำ
E) หนังสติ๊ก (หนังสติ๊ก)
ปณิธาน:
ทางเลือกอี
ในหนังสติ๊ก พลังงานศักย์ยืดหยุ่นจากสปริงจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ ทำให้วัตถุถูกปลดปล่อยออกมา
คำถามที่ 2
(Fatec) ก้อนมวล 0.60 กก. หล่นจากจุดพักที่จุด A บนรางในระนาบแนวตั้ง จุด A อยู่เหนือฐานของลู่วิ่ง 2.0 ม. โดยที่สปริงของสปริงคงที่ 150 นิวตัน/เมตร ผลกระทบของแรงเสียดทานนั้นเล็กน้อยและเรานำมาใช้ \(g=10m/s^2\). แรงอัดสปริงสูงสุดเป็นเมตร:
ก) 0.80
ข) 0.40
ค) 0.20
ง) 0.10
จ) 0.05
ปณิธาน:
อัลเทอร์เนทีฟบี
เราจะใช้ทฤษฎีบทของ การอนุรักษ์พลังงานกล เพื่อหาค่าของการบีบอัดสูงสุดที่สปริงได้รับ:
\(E_{m\ before}=E_{m\ after}\)
ก พลังงานกล คือผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ ดังนั้น:
\(E_{c\ ก่อน}+E_{p\ ก่อน}=E_{c\ หลัง}+E_{p\ หลัง}\)
โดยที่พลังงานศักย์คือผลรวมของพลังงานศักย์ยืดหยุ่นและพลังงานศักย์โน้มถ่วง ดังนั้นเราจึงมี:
\(E_{c\ before}+E_{pel\ before}+E_{pg\ before}=E_{c\ after}+E_{pel\ after}+E_{pg\ after}\)
เนื่องจากในกรณีนี้ เรามีพลังงานศักย์โน้มถ่วงที่แปลงเป็นพลังงานศักย์ยืดหยุ่น ดังนั้น:
\(E_{pg\ before}=E_{pel\ after}\)
แทนที่ด้วยสูตรที่เกี่ยวข้อง เราได้รับ:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0.16\)
\(x=\sqrt{0,16}\)
\(x=0.4\m\)
โดย Pamella Raphaella Melo
ครูฟิสิกส์
แหล่งที่มา: โรงเรียนบราซิล - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm