Alates pingul vibunöörist, mis saadab noole läbi õhu, kuni lapseni, kes väntab kasti piisavalt kiiresti, et see hüppaks välja nii kiiresti, et näete vaevalt selle toimumist, kevadine potentsiaalne energia on kõik meie ümber.
Vibulaskmises tõmbab vibulaskja vibunööri tagasi, tõmmates selle tasakaaluasendist eemale ja kandes energiat enda lihastest nöörile ja seda salvestatud energiat nimetataksekevadine potentsiaalne energia(võielastne potentsiaalne energia). Vöörinööri vabastamisel vabaneb see noole kineetilise energiana.
Kevadise potentsiaalse energia mõiste on võtmetähtsusega paljudes olukordades, mis hõlmavad maavarade säilitamist energiat ja selle kohta lisateabe saamine annab ülevaate muust kui lihtsalt pistikupesast ja nooltest.
Kevadise potentsiaalse energia määratlus
Kevadine potentsiaalne energia on salvestatud energia vorm, umbes nagu gravitatsiooniline potentsiaalne energia või elektriline potentsiaalne energia, kuid see on seotud vedrude jaelastneobjektid.
Kujutage ette, et vedru ripub laest vertikaalselt ja keegi tõmbab teisest otsast alla. Sellest tulenevat salvestatud energiat saab täpselt kvantifitseerida, kui teate, kui kaugele nöör on tõmmatud ja kuidas see konkreetne vedru reageerib välise jõu mõjul.
Täpsemalt sõltub vedru potentsiaalne energia selle kaugusest,x, et see on liikunud oma "tasakaaluasendist" (asendist, kuhu ta jääks väliste jõudude puudumisel) ja vedrukonstandist,k, mis ütleb teile, kui palju jõudu on vaja vedru 1 meetri võrra pikendamiseks. Selle pärast,kon ühikud njuutonit meetri kohta.
Vedrukonstant leitakse Hooke'i seadusest, mis kirjeldab vedru venitamiseks vajalikku jõuduxmeetri kaugusel tasakaaluasendist või võrdselt vedru vastupidine jõud, kui teete:
F = -kx
Negatiivne märk ütleb teile, et vedrujõud on taastav jõud, mis toimib vedru tagasi oma tasakaaluasendisse. Vedru potentsiaalse energia võrrand on väga sarnane ja see hõlmab kahte ja sama suurust.
Kevadise potentsiaalse energia võrrand
Kevadine potentsiaalne energiaPEkevad arvutatakse järgmise valemi abil:
PE_ {spring} = \ frac {1} {2} kx ^ 2
Tulemuseks on väärtus džaulides (J), sest vedru potentsiaal on energia vorm.
Ideaalsel vedrul - eeldatakse, et sellel puudub hõõrdumine ja märkimisväärne mass - võrdub see, kui palju tööd vedruga selle pikendamisel tegite. Võrrandil on sama põhivorm nagu kineetilise energia ja pöörlemisenergia võrranditelxasemelvkineetilise energia võrrandis ja vedrukonstantkmassi asemelm- saate seda punkti kasutada, kui peate võrrandi pähe õppima.
Näited elastsete potentsiaalsete energiaprobleemide kohta
Vedru potentsiaali arvutamine on lihtne, kui teate vedru venituse (või kokkusurumise) põhjustatud nihet,xja kõnealuse kevade kevadkonstant. Lihtsa probleemi korral kujutage ette vedru konstantigak= 300 N / m pikendatuna 0,3 m võrra: kui suur on selle tagajärjel kevadel salvestatud potentsiaalne energia?
See probleem hõlmab potentsiaalse energia võrrandit ja teile antakse kaks väärtust, mida peate teadma. Peate lihtsalt ühendama väärtusedk= 300 N / m jax= 0,3 m vastuse leidmiseks:
\ begin {joondatud} PE_ {spring} & = \ frac {1} {2} kx ^ 2 \\ & = \ frac {1} {2} × 300 \; \ text {N / m} × (0,3 \; \ text {m}) ^ 2 \\ & = 13.5 \; \ text {J} \ end {joondatud}
Keerulisema probleemi korral kujutage ette, kuidas vibulaskja tõmbab vibule tagasi nööri ja valmistub noole tulistama, viies selle tasakaalupositsioonist kuni 0,5 m kaugusele ja tõmmates nööri maksimaalse jõuga 300 N.
Siin antakse teile jõudFja nihex, kuid mitte kevadkonstandi. Kuidas sellise probleemiga toime tulla? Õnneks kirjeldab Hooke'i seadus,F, xja konstantk, nii et saate võrrandit kasutada järgmisel kujul:
k = \ frac {F} {x}
Konstandi väärtuse leidmiseks enne potentsiaalse energia arvutamist nagu varem. Kuid kunakilmub elastse potentsiaalenergia võrrandisse, saate selle avaldise asendada ja tulemuse arvutada ühe sammuna:
\ begin {joondatud} PE_ {spring} & = \ frac {1} {2} kx ^ 2 \\ & = \ frac {1} {2} \ frac {F} {x} x ^ 2 \\ & = \ frac {1} {2} Fx \\ & = \ frac {1} {2} × 300 \; \ text {N} × 0.5 \; \ text {m} \\ & = 75 \; \ text {J} \ end {joondatud}
Niisiis, täielikult pingutatud vibul on 75 J energiat. Kui peate seejärel arvutama noole maksimaalse kiiruse ja teate selle massi, saate seda teha kineetilise energia võrrandi abil energia säästmise rakendamisega.