Pomladna potencialna energija: definicija, enačba, enote (z primeri)

Od napete tetive tetive, ki pušča puščico, ki leti po zraku, do otroka, ki vrti vtičnico dovolj, da se bo pojavil tako hitro, da komaj vidite, da se to dogaja, spomladanska potencialna energija je vse okoli nas.

V lokostrelstvu lokostrelec povleče tetive nazaj, ga potegne stran od ravnotežnega položaja in prenese energijo iz lastnih mišic v vrvico, ta shranjena energija pa se imenujepomladna potencialna energija(alielastična potencialna energija). Ko se tetiva sprosti, se ta sprosti kot kinetična energija v puščici.

Koncept pomladne potencialne energije je ključni korak v številnih situacijah, ki vključujejo ohranjanje energije in če izveste več o njej, dobite vpogled v več kot le vtičnice in puščice.

Pomladna potencialna energija je oblika shranjene energije, podobno kot gravitacijska potencialna energija ali električna potencialna energija, vendar tista, povezana z vzmeti inelastičnapredmetov.

Predstavljajte si vzmet, ki visi navpično s stropa, na drugem koncu pa nekdo potegne navzdol. Shranjeno energijo, ki iz tega izhaja, lahko natančno ovrednotimo, če vemo, kako daleč je bil povlečen niz in kako se določena vzmet odziva pod zunanjo silo.

Natančneje, potencialna energija vzmeti je odvisna od njene oddaljenosti,x, da se je premaknil iz "ravnotežnega položaja" (položaja, v katerem bi počival brez zunanjih sil), in njegove vzmetne konstante,k, ki pove, koliko sile je potrebno, da se vzmet podaljša za 1 meter. Zaradi tega,kima enote newtonov / meter.

Vzmetno konstanto najdemo v Hookejevem zakonu, ki opisuje silo, potrebno za raztezanje vzmetixmetrov od ravnotežnega položaja ali enako nasprotno silo od vzmeti, ko naredite:

Negativni znak vam pove, da je sila vzmeti obnovitvena sila, ki deluje tako, da vzmet vrne v ravnotežni položaj. Enačba za vzmetno potencialno energijo je zelo podobna in vključuje isti dve količini.

Pomladna potencialna energijaPE​_pomlad izračunamo z enačbo:

Rezultat je vrednost v džulih (J), ker je vzmetni potencial oblika energije.

V idealni vzmeti, za katero se domneva, da nima trenja in ni občutne mase, je to enako, koliko dela ste opravili na vzmeti pri podaljšanju. Enačba ima enako osnovno obliko kot enačbe za kinetično energijo in rotacijsko energijo zxnamestovv enačbi kinetične energije in vzmetne konstanteknamesto masem- to točko lahko uporabite, če si morate enačbo zapomniti.

Izračun potenciala vzmeti je preprost, če poznate premik, ki ga povzroči raztezanje vzmeti (ali stiskanje),xin vzmetna konstanta za zadevno vzmet. Za preprost problem si predstavljajte vzmet s konstantok= 300 N / m, podaljšano za 0,3 m: kakšna je potencialna energija, ki je posledično shranjena v spomladi?

Ta težava vključuje enačbo potencialne energije in dobili ste dve vrednosti, ki ju morate poznati. Vrednosti morate samo priključitik= 300 N / m inx= 0,3 m, da bi našli odgovor:

Za zahtevnejši problem si predstavljajte, da se lokostrelec vrne vrvico na premcu, ki se pripravlja na streljanje puščice vrnitev nazaj do 0,5 m iz ravnotežnega položaja in vlečenje vrvice z največjo silo 300 N.

Tukaj imate močFin premikx, ne pa tudi vzmetne konstante. Kako se lotiti take težave? Na srečo Hookov zakon opisuje razmerje med,F​, ​xin konstantak, tako da lahko enačbo uporabite v naslednji obliki:

Najti vrednost konstante pred izračunom potencialne energije kot prej. Vendar odkse pojavi v enačbi elastične potencialne energije, lahko nadomestite ta izraz in v enem koraku izračunate rezultat:

Torej, popolnoma napeti lok ima 75 J energije. Če morate nato izračunati največjo hitrost puščice in poznate njeno maso, lahko to storite tako, da uporabite ohranjanje energije z uporabo enačbe kinetične energije.