А пружна потенційна енергія це свого роду потенційна енергія пов'язані з пружними властивостями матеріалів, стиснення або пружність яких здатні викликати рух тіл. Його одиницею вимірювання є джоуль, і його можна обчислити як добуток між сталою пружності та квадратом деформації, яку зазнав пружний об’єкт, поділеним на два.
Дізнайтеся більше: Електрична потенціальна енергія — форма потенціальної енергії, яка вимагає взаємодії електричних зарядів
Підсумок пружної потенційної енергії
А енергії Потенціал пружності — форма потенціальної енергії, пов'язана з деформацією та подовженням пружних тіл.
Формула його розрахунку виглядає наступним чином:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
Його також можна розрахувати за формулою, яка зв’язує потенціальну енергію пружності з силою пружності:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
на фізичний, енергія завжди зберігається, ніколи не генерується і не знищується.
Є можливість перетворити пружну потенціальну енергію в гравітаційну потенційну енергію та/або кінетичну енергію.
Пружна потенціальна енергія перетворюється на кінетичну повільніше, ніж гравітаційна потенціальна енергія.
Гравітаційна потенціальна енергія пов'язана зі зміною висоти тіл, що знаходяться в області з гравітаційним полем.
Що таке пружна потенційна енергія?
Потенціальна пружна енергія дорівнює один фізична величина накип, пов'язаний з дією, що створюється еластичними матеріалами або гнучкий на інших тілах. Прикладами пружних або гнучких матеріалів є пружини, гуми, пружки. Це одна з форм потенційної енергії, як і гравітаційна потенційна енергія.
Відповідно до міжнародної системи одиниць (SI), Його одиницею вимірювання є джоуль., представлений літерою Дж.
Вона прямо пропорційна постійній пружності та деформації, яку зазнають пружні об’єкти, тому з їх збільшенням зростає і пружна потенційна енергія.
Формули пружної потенціальної енергії
→ Пружна потенційна енергія
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}\) → пружна потенційна енергія, виміряна в Джоулях \([J]\).
k → постійна пружності, вимірюється в Ньютонах на метр \([Н/м]\).
x → деформація об'єкта, виміряна в метрах\([м]\).
приклад:
Визначте потенціальну енергію пружності пружини, яка натягнута на 0,5 м, знаючи, що стала її пружини дорівнює 200 Н/м.
роздільна здатність:
Розрахуємо пружну потенційну енергію за її формулою:
\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,5^2}2\)
\(E_{pel}=\frac{200\cdot 0,25}2\)
\(E_{pel}=25\ Дж\)
Пружна потенційна енергія дорівнює 25 Дж.
→ Потенціальна енергія пружності, пов’язана з силою пружності
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}\) → пружна потенційна енергія, виміряна в Джоулях \([J]\).
\(Жовч}\) → сила пружності, тобто сила, з якою діє пружина, вимірюється в Ньютонах \([N]\).
x → деформація об'єкта, виміряна в метрах \([м]\).
приклад:
Яка потенціальна енергія пружності в пружині, яка розтягнута на 2,0 см під дією сили 100 Н?
роздільна здатність:
Спочатку ми переведемо деформацію із сантиметрів у метри:
20 см = 0,2 м
Тоді ми розрахуємо пружну потенційну енергію за формулою, з якою вона пов’язана сила пружності:
\(E_{pel}=\frac{F_{pel}\cdot x}2\)
\(E_{pel}=\frac{100\cdot0,2}2\)
\(E_{pel}=10\ Дж\)
Пружна потенційна енергія дорівнює 10 Дж.
Застосування пружної потенціальної енергії
Застосування пружної потенціальної енергії в основному стосуються її перетворення в інші форми енергії або зберігання кінетичної енергії. Нижче ми побачимо кілька повсякденних прикладів його застосування.
Автомобільні бампери розроблені таким чином, щоб під час удару деформуватися, зберігаючи максимальну кількість кінетичної енергії та перетворюючи її на пружну потенціальну енергію.
У батуті ми маємо деформацію пружин і пружного матеріалу, що викликає енергію пружний потенціал, який згодом перетвориться на кінетичну та потенційну енергію гравітаційний.
Деякі кросівки мають пружини, які зменшують удар від руху, в якому кінетична енергія перетворюється на пружну потенціальну.
Перетворення пружної потенціальної енергії
Пружна потенціальна енергія підпорядковується принципу збереження енергії, згідно з яким енергія завжди зберігається і не може бути створена або знищена. Завдяки цьому вона можуть бути перетворені в інші види енергії, наприклад кінетична енергія та/або гравітаційна потенційна енергія.
Як ми бачимо на зображенні нижче, пружина спочатку стиснута, але при відпусканні вона набуває руху за рахунок перетворення пружної потенційної енергії в кінетичну.
Читайте також: Збереження електричного заряду — неможливість створення або знищення зарядів
Переваги та недоліки пружної потенціальної енергії
Пружна потенційна енергія має такі переваги та недоліки:
Перевага: зменшує вплив, викликаний рухом.
Недолік: перетворює енергію повільніше порівняно з гравітаційною потенціальною енергією.
Відмінності між пружною потенційною енергією та гравітаційною потенційною енергією
Пружна потенційна енергія та гравітаційна потенційна енергія є формами потенційної енергії, пов’язаної з різними аспектами.
Потенціальна пружна енергія: пов’язані з дією на тіла пружин і пружних предметів.
Гравітаційна потенційна енергія: пов'язане зі зміною висоти тіл, які знаходяться в області гравітаційного поля.
Розв’язані вправи на пружну потенціальну енергію
питання 1
(Enem) Іграшкові машинки можуть бути кількох видів. Серед них є мотузкові, у яких пружина всередині стискається, коли дитина тягне коляску назад. Після відпускання візок починає рухатися, а пружина повертається до початкової форми. Процес перетворення енергії, який відбувається в описаному візку, також перевіряється в:
А) динамо.
Б) автомобільне гальмо.
В) двигун внутрішнього згоряння.
Г) гідроелектростанція.
Д) рогатка (рогатка).
роздільна здатність:
Альтернатива Е
У рогатці пружна потенціальна енергія пружини перетворюється на кінетичну енергію, що призводить до вивільнення об’єкта.
питання 2
(Fatec) Блок масою 0,60 кг падає зі стану спокою в точці А на доріжку у вертикальній площині. Точка А знаходиться на 2,0 м над основою доріжки, де закріплена пружина з пружністю 150 Н/м. Вплив тертя незначний, і ми приймаємо \(g=10 м/с^2\). Максимальне стиснення пружини становить у метрах:
А) 0,80
Б) 0,40
В) 0,20
Г) 0,10
E) 0,05
роздільна здатність:
Альтернатива Б
Скористаємося теоремою збереження механічної енергії знайти значення максимального стиснення пружини:
\(E_{m\ до}=E_{m\ після}\)
А механічна енергія є сумою кінетичної та потенціальної енергій, тому:
\(E_{c\ перед}+E_{p\ перед}=E_{c\ після}+E_{p\ після}\)
Де потенціальна енергія є сумою потенціальної енергії пружності та потенціальної енергії тяжіння. Отже, маємо:
\(E_{c\ перед}+E_{pel\ перед}+E_{pg\ перед}=E_{c\ після}+E_{pel\ після}+E_{pg\ після}\)
Оскільки в цьому випадку гравітаційна потенціальна енергія перетворюється на пружну, то:
\(E_{pg\ перед}=E_{pel\ після}\)
Підставляючи їх відповідні формули, отримуємо:
\(m\cdot g\cdot h=\frac{k\cdot x^2}2\)
\(0,6\cdot 10\cdot 2=\frac{150\cdot x^2}2\)
\(12=75\cdot x^2\)
\(x^2=\frac{12}{75}\)
\(x^2=0,16\)
\(x=\sqrt{0,16}\)
\(x=0,4\м\)
Памелла Рафаелла Мело
Вчитель фізики
Джерело: Бразильська школа - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm
