Πιθανή Ενεργειακή Πηγή

Κάθε φορά που συμπιέζουμε ή επιμηκύνουμε ένα τεντωμένο ελατήριο, βιώνουμε μια δύναμη ισοδύναμη με τη δύναμη που ασκούμε στην αντίθετη κατεύθυνση. Ωστόσο, μόλις εκτονωθεί το άγχος, το ελατήριο επανέρχεται στο αρχικό του σχήμα. Η δυναμική ενέργεια του ελατηρίου ονομάζεται.

Δυνητική ενέργεια ενός ελατηρίου

Ένα ελατήριο μπορεί να βρεθεί σχεδόν σε κάθε μηχανικό μέρος της ζωής μας, από αμορτισέρ αυτοκινήτου μέχρι φωτισμό αερίου κουζίνας. Το ελατήριο χρησιμοποιείται από από την ικανότητά του να παραμορφώνεται και στη συνέχεια να επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση. Όταν ένα ελατήριο τεντώνεται ή συμπιέζεται, παράγει μια δύναμη προς την αντίθετη κατεύθυνση. Κάθε φορά που ένα ελατήριο διαφέρει από τη μέση θέση του, επιδιώκει να επιστρέψει σε αυτό το σημείο. Ο νόμος του Χουκ καθορίζει αυτή τη δύναμη, η οποία βοηθά στην ανάλυση της ενέργειας που αποθηκεύεται το ελατήριο.

Νόμος του Χουκ

Ένα ελαστικό αντικείμενο, συμπεριλαμβανομένου ενός μεταλλικού ελατηρίου ή σχοινιού, απαιτεί δύναμη για να τεντωθεί. Εάν ένα ελαστικό αντικείμενο τεντωθεί ή συμπιεστεί, λέγεται ότι είναι ελαστικό. Προσπαθεί να αντισταθεί στην αλλαγή του σχήματος ασκώντας δύναμη. Ο νόμος του Χουκ παρέχει αυτή τη δύναμη. Η δύναμη του ελατηρίου είναι γνωστή ως δύναμη επαναφοράς, καθώς δρα πάντα προς την αντίθετη κατεύθυνση της παραμόρφωσης.

Σύμφωνα με το νόμο του Χουκ,

Για μικρές αποστάσεις, η δύναμη που απαιτείται για να τεντώσει ένα ελαστικό αντικείμενο που περιλαμβάνει ένα μεταλλικό ελατήριο είναι ακριβώς ανάλογη με την προέκταση του ελατηρίου. Χρησιμοποιείται αρνητικό πρόσημο αφού η δύναμη αποκατάστασης είναι προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Όπου x είναι η μετατόπιση του ελατηρίου σε σχέση με το μη γεμισμένο μήκος του και F η δύναμη που ασκεί. Στη συνέχεια,

F=-Kx

Η σταθερά του ελατηρίου k, χρησιμοποιείται εδώ.

Δυνητική ενέργεια

Η ενέργεια που κατέχει ένα αντικείμενο ως αποτέλεσμα της σχετικής ακίνητης θέσης του στο χώρο, της τάσης ή του ηλεκτρικού φορτίου αναφέρεται ως δυναμική ενέργεια. Η δυναμική ενέργεια είναι μία από τις δύο βασικές μορφές ενέργειας, ενώ η κινητική ενέργεια είναι η άλλη.

Δυνητική ενέργεια είναι η ενέργεια που διατηρεί ένα αντικείμενο ως συνέπεια της ακίνητης θέσης του. Η δυναμική ενέργεια είναι η εγγενής ενέργεια του σώματος στη στατική του θέση.

Οι δύο τύποι δυναμικής ενέργειας είναι η ελαστική δυναμική ενέργεια και η βαρυτική δυναμική ενέργεια.

Ελαστική δυναμική ενέργεια

Η ελαστική δυναμική ενέργεια είναι η ενέργεια που αποθηκεύεται σε υλικά που μπορούν να τεντωθούν ή να επεκταθούν, συμπεριλαμβανομένων των τραμπολίνων, των λαστιχιών και των κορδονιών bungee. Η ικανότητα ενός αντικειμένου να διαστέλλεται είναι ανάλογη με την ελαστική δυναμική του ενέργεια. Πολλά αντικείμενα, όπως το στριμμένο λάστιχο που ωθεί ένα παιχνίδι αεροπλάνο ή το σπειροειδές ελατήριο σε ένα ρολόι, έχουν σχεδιαστεί για να αποθηκεύουν ελαστική δυναμική ενέργεια.

Η ελαστική δυναμική ενέργεια υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

U=1/2kx²

Εδώ,

Πού,

U είναι η ελαστική δυναμική ενέργεια.

K είναι η σταθερά της δύναμης του ελατηρίου.

X είναι το μήκος της χορδής όταν τεντώνεται σε μέτρα.

Βαρυτική Δυναμική Ενέργεια

Ως συνέπεια μιας μετατόπισης στη θέση του, ένα αντικείμενο σε ένα βαρυτικό πεδίο αποκτά βαρυτική δυναμική ενέργεια. Η βαρυτική δυναμική ενέργεια είναι μια ενέργεια που συνδέεται με τη βαρύτητα ή τη βαρυτική δύναμη με απλά λόγια.

Η βαρυτική δυναμική ενέργεια υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση:

GPE=m×g×h

Το m αναφέρεται στη μάζα σε kg.

Το γράμμα g σημαίνει βαρυτική επιτάχυνση.

Το h υποδηλώνει ύψος.

Έννοια της δυναμικής ενέργειας της άνοιξης

Το ελατήριο είναι ένα τυπικό εργαλείο και λόγω της μικρής του μάζας, η αδράνειά τους συνήθως αγνοείται. Είναι σύνηθες φαινόμενο κάθε φορά που ένα ελατήριο καταπονείται, θα παραμορφώνεται λόγω συμπίεσης. Κατά συνέπεια, όταν ένα ελατήριο συμπιέζει ή προεκτείνει ένα σώμα, ασκεί ίση και αντίθετη δύναμη.

Είναι η αποθηκευμένη ενέργεια σε μια συμπιέσιμη ή εκτατή ουσία, όπως ένα ελατήριο, μια λαστιχένια ταινία ή ένα μόριο. Είναι η δύναμη πολλαπλασιαζόμενη με την απόσταση της κίνησης.

Δεν υπάρχει ενέργεια το ελατήριο όταν είναι στην κανονική του θέση, που να μην καταπονείται. Αυτό προκαλείται από την παραμόρφωση ενός συγκεκριμένου ελαστικού αντικειμένου, όπως ένα ελατήριο. Αναφέρεται επίσης στη διαδικασία τάνυσης του ελατηρίου.

Φόρμουλα Δυναμικής Ενέργειας για την Άνοιξη

Κάθε φορά που ένα αντικείμενο επαναλαμβάνει την κίνησή του σε έναν προκαθορισμένο κύκλο, λέγεται ότι βρίσκεται σε περιοδική κίνηση. Η ταλάντωση είναι ένας άλλος όρος για αυτόν τον τύπο κίνησης. Η κίνηση του ελατηρίου και του εκκρεμούς είναι απλές περιπτώσεις, αλλά υπάρχουν πολλές πρόσθετες καταστάσεις στις οποίες συμβαίνουν ταλαντώσεις. Ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά της περιοδικής κίνησης είναι ότι το στοιχείο διατηρεί μια σταθερή θέση ισορροπίας.

Μια δύναμη επαναφοράς λειτουργεί επίσης για τη χορδή, που σημαίνει ότι η χορδή έχει δυναμική ενέργεια.

Δυνητική ενέργεια μιας φόρμουλας ελατηρίου

Δυναμική ενέργεια χορδής=δύναμη×απόσταση ή μετατόπιση

Κατά συνέπεια, η δύναμη είναι ίση με τη μετατόπιση της σταθεράς του ελατηρίου.

Η δυναμική ενέργεια ενός ελατηρίου είναι:

P.E=1 ⁄ 2k×x²

Εργασία ελατηρίου βαρυτικής δυναμικής ενέργειας

Δεδομένου ότι το ελατήριο είναι τεντωμένο μέχρι την πλήρη επέκτασή του, η δυναμική του ενέργεια βρίσκεται στο υψηλότερο επίπεδο. Επειδή η μάζα είναι ανυψωμένη στο ελάχιστο πάνω από τη γη, η δυνητική ενέργεια λόγω της βαρύτητας είναι στο ελάχιστο.

Εξίσωση δυναμικής μάζας ελατηρίου