Energia potencjalna sprężystości
Playlista:Energia mechaniczna
Ten materiał posiada napisy w języku ukraińskim
Z tego filmu dowiesz się:
- co oznacza pojęcie energii potencjalnej sprężystości,
- od czego zależy energia potencjalna sprężystości,
- jak magazynować energię potencjalną sprężystości.
Podstawa programowa
Autorzy i materiały
Wiedza niezbędna do zrozumienia tematu
Aby w pełni zrozumieć materiał zawarty w tej playliście, upewnij się, że masz opanowane poniższe zagadnienia.
Udostępnianie w zewnętrznych narzędziach
Korzystając z poniższych funkcjonalności możesz dodać ten zasób do swoich narzędzi.
Kliknij w ikonkę, aby udostępnić ten zasób
Kliknij w ikonkę, aby skopiować link do tego zasobu
Transkrypcja
Kliknij na zdanie, aby przewinąć wideo do tego miejsca.
Marzyły Ci się kiedyś siedmiomilowe buty?
Czarodziejskich na składzie nie mamy
ale fizycy wymyślili parę sposobów
dzięki którym można się przemieszczać
o wiele szybciej niż normalnie na nogach
albo chociaż zabawniej.
Drążek pogo zwany też żabią laską
sprężynowe szczudła czy kangurowe buty
to wszystko sprzęt wykorzystujący
ciekawą formę energii
energię sprężystości.
O tej właśnie energii
opowiem Ci w tej lekcji.
Jeśli myślisz, że energia potencjalna
związana jest nierozłącznie
z przyciąganiem naszej planety
pomyśl jeszcze raz.
Istnieje taki rodzaj energii potencjalnej
który ciała mają nawet
w kosmicznej próżni
i w stanie nieważkości.
Są ciała, które zmieniają kształt
pod wpływem siły zewnętrznej
ale potrafią go odzyskiwać
gdy ta siła przestaje działać.
Taką właściwość ciał
nazywamy sprężystością.
Możesz się o niej przekonać
na przykład ściskając sprężynkę długopisu
albo odbijając piłeczkę tenisową.
Aby zmienić kształt ciała sprężystego
trzeba wykonać pracę.
Kiedy wykonujemy pracę na ciele
zwiększamy jego energię.
W tym przypadku
energię potencjalną sprężystości.
Kiedy siła przestaje działać
ciało wraca do pierwotnego kształtu
oddając energię otoczeniu.
Taką energię nadajesz na przykład łukowi
gdy napinasz jego cięciwę
albo staremu zegarowi
gdy nakręcasz jego sprężynę.
Ta energia zostanie oddana przez ciało
gdy przestaniesz na nie działać siłą.
Napięty łuk wróci do wyjściowego kształtu
a sprężyna zegara
będzie się powoli rozprężać
napędzając jego mechanizm.
Dzięki sprężystości batutu
trampoliny albo odskoczni
możesz podskoczyć o wiele wyżej
niż zwyczajnie z podłogi albo z ziemi.
Energię sprężystości
często wykorzystuje się też w zabawkach.
Może znasz sprężynkę z linki
albo skaczący krążek?
Na pierwszy rzut oka
niczym szczególnym się nie wyróżniają
a jednak umiejętne wykorzystanie
energii potencjalnej
i sprężystego odkształcenia
daje mnóstwo zabawy.
Popisowym numerem slimkiego
jest chodzenie po schodach.
Krążek natomiast
potrafi wystrzelić do góry
z efektami akustycznymi
przypominającymi strzał.
Od czego zależy
energia potencjalna sprężystości?
Żeby się o tym przekonać
zróbmy doświadczenie.
Będą nam potrzebne:
gumka recepturka lub do włosów
deseczka
moneta
linijka
miękki ołówek albo łatwo zmywalny mazak
ściereczka lub nawilżona chusteczka
do zmywania śladów ołówka lub flamastra.
Z wymienionych materiałów
przygotowujemy zestaw doświadczalny.
Kładziemy monety na deseczce
naciągamy gumkę o 1 centymetr.
Puszczamy monetę
pozwalając napiętej gumce ją popchnąć.
Zaznaczamy wtedy położenie monety
po zatrzymaniu i mierzymy odległość
na jaką się przesunęła.
Ten pomiar powtarzamy 5 razy
dla naciągu gumki równego jednemu
centymetrowi, a następnie dla naciągu
równego dwóm centymetrom.
Wyniki zapisujemy w tabeli.
Średnia odległość
na jaką dociera moneta rośnie.
Oznacza to, że praca wykonana
przez odkształconą sprężyście gumkę
jest coraz większa.
Ponieważ praca ta jest wykonywana
kosztem energii potencjalnej sprężystości
możemy wnioskować, że ilość tej energii
zależy od wielkości odkształcenia.
Im większe odkształcenie
tym większa energia.
Czy patrząc na wyniki w tabeli
zauważasz jeszcze coś w ich układzie?
Przy gumce naciągniętej na 1 centymetr
moneta wędrowała średnio na odległość
12,8 centymetra.
Gdy naciągnęliśmy gumę na 2 centymetry
posłaliśmy monetę na odległość
51,8 centymetra
czyli trochę ponad 4 razy dalej.
Gdybyśmy naciągnęli gumkę na 3 centymetry
moneta zajechałaby
na odległość około 116 centymetrów.
Oznacza to
że 2 razy większe odkształcenie
powoduje zgromadzenie 4 razy większej
energii potencjalnej sprężystości
a 3 razy większe odkształcenie
powoduje zgromadzenie
9 razy większej energii.
Wniosek?
Energia potencjalna sprężystości
jest wprost proporcjonalna
do kwadratu odkształcenia.
Im bardziej odkształcimy sprężyste ciało
tym większą energię
potencjalną sprężystości będzie ono miało.
Ta energia jest równa pracy
jaką trzeba włożyć
aby odkształcić ciało.
Można zauważyć
że naciągnięcie gumy
o każdy kolejny centymetr
jest coraz trudniejsze
czyli wymaga włożenia
coraz większej pracy.
To znaczy, że praca włożona
w nadawanie energii sprężystości
też jest zależna
od kwadratu odkształcenia.
Jeśli zdarzyło Ci się kiedyś
przekręcić zegarową sprężynę
albo zbyt mocno
rozciągnąć zabawkowego pieska-sprężynę
to wiesz, że nawet bardzo sprężyste ciała
mają granicę, poza którą
ich odkształcenie staje się trwałe.
Przekroczenie zakresu sprężystości ciała
objawia się tym, że nie wraca ono
do pierwotnej postaci.
Na przykład drut ulega trwałemu zgięciu
zerwaniu, wydłużeniu i tym podobne.
Materiał pęka, jeśli był kruchy.
Po przekroczeniu granicy sprężystości
w materiale pojawiają się
trwałe deformacje.
Mogą one być wynikiem przejścia
ze stanu sprężystego w plastyczny
bądź zerwania
oddziaływań międzycząsteczkowych.
Energia zgromadzona w ściśniętym
bądź rozciągniętym ciele
o własnościach sprężystych
nazywana jest
energią potencjalną sprężystości.
Im ciało sprężyste
jest bardziej odkształcone
tym ma większą energię.
Energia ta jest równa pracy
jaką trzeba było włożyć
aby odkształcić to ciało.
Na dzisiaj to już wszystko.
Jeżeli chcesz, obejrzyj
pozostałe filmy z energii mechanicznej
a po więcej materiałów zajrzyj
na naszą stronę pistacja.tv
Ćwiczenia
Interaktywne ćwiczenia związane z tą wideolekcją.
Materiały dodatkowe
Inne zasoby do wykorzystania podczas zajęć z tego tematu.
