พลังงานศักย์ยืดหยุ่น: สูตร, ตัวอย่าง

พลังงานศักย์ยืดหยุ่น มันเป็นชนิดของ พลังงานศักย์ เชื่อมโยงกับคุณสมบัติการยืดหยุ่นของวัสดุ ซึ่งการบีบอัดหรือความยืดหยุ่นสามารถทำให้เกิดการเคลื่อนไหวของร่างกายได้ หน่วยวัดของมันคือจูล และสามารถคำนวณได้จากผลคูณระหว่างค่าคงที่ยืดหยุ่นและกำลังสองของการเสียรูปที่เกิดจากวัตถุยืดหยุ่น หารด้วยสอง

รู้เพิ่มเติม: พลังงานศักย์ไฟฟ้า — พลังงานศักย์รูปแบบหนึ่งที่ต้องใช้ปฏิสัมพันธ์ของประจุไฟฟ้า

สรุปพลังงานศักย์ยืดหยุ่น

  • 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

 ภาพประกอบแสดงการเปลี่ยนแปลงของพลังงานศักย์ยืดหยุ่นเป็นพลังงานจลน์
การแปลงพลังงานศักย์ยืดหยุ่นเป็นพลังงานจลน์

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:

\(E_{m\ before}=E_{m\ after}\)

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:

การจัดระเบียบของสูตรที่พลังงานศักย์โน้มถ่วงแปลงเป็นพลังงานศักย์ยืดหยุ่น

\(E_{pg\ before}=E_{pel\ after}\)

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

ล็อคดาวน์คืออะไร? ความแตกต่างระหว่างการแยกและการกักกันคืออะไร?

หลังจากดำเนินมาตรการแยกทางสังคมมาเกือบสองเดือน สถานที่บางแห่งในบราซิลก็เริ่มบังคับใช้ การปิดพื้นท...

read more

สัตว์ที่คิดว่าจะสูญพันธุ์ไปตั้งแต่ปี 1882 ถูกพบเห็นอีกครั้ง

สัตว์ที่เรียกว่า นกพิราบไก่ฟ้าหลังดำซึ่งถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2426 และไม่เคยพบเห็นอีกเลยตั้งแต่นั้นมา...

read more
เจลต่อต้านเรดาร์ทำงานอย่างไรและผลที่ตามมาคืออะไร?

เจลต่อต้านเรดาร์ทำงานอย่างไรและผลที่ตามมาคืออะไร?

ในบราซิล ผู้ขับขี่มองหากลยุทธ์ที่สร้างสรรค์เพื่อหลีกเลี่ยงการถูกตรวจจับโดยกล้องจับความเร็วและหลีก...

read more
instagram viewer