Z tego filmu dowiesz się:

  • co oznacza pojęcie energii potencjalnej sprężystości,
  • od czego zależy energia potencjalna sprężystości,
  • jak magazynować energię potencjalną sprężystości.

Podstawa programowa

Pobieranie materiałów

wideo ekran podsumowujący napisy

Licencja: cc-by-nc-sa.svg

Poniższe materiały są udostępnione na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowej (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.pl). Możesz je wykorzystywać wyłącznie jako całość, bez rozdzielania ich na indywidualne elementy składowe. Zabronione jest wycinanie, pobieranie, modyfikowanie, edytowanie i zmienianie elementów składowych (np. grafik, tekstów, dźwięków, logotypów). Licencja CC BY-NC-SA 4.0 nie obejmuje wykorzystywania elementów składowych w utworach pochodnych. Jeśli chcesz wykorzystać ten materiał w swoim niekomercyjnym projekcie, nie zapomnij wymienić jego autorów: Pi-stacja / Katalyst Education.

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

Lista wszystkich autorów

Scenariusz: Dobrawa Szlachcikowska

Lektor: Weronika Brzezińska

Konsultacja: Anna Soliwocka, Małgorzata Załoga, Andrzej Pieńkowski

Grafika podsumowania: Patrycja Ostrowska

Kontrola jakości: Małgorzata Załoga

Zdjęcia: Anna Bednarek

Asysta zdjęć: Patrycja Ostrowska, Magdalena Adamska

Napisy: Ewelina Łasa, Татьяна Кравец

Montaż: Patrycja Ostrowska, Dobrawa Szlachcikowska

Doświadczenia: Anna Soliwocka

Animacja: Patrycja Ostrowska

Opracowanie dźwięku: Aleksander Margasiński

Produkcja:

Katalyst Education

Lista materiałów wykorzystanych w filmie:

FunDudes (CC BY)
PaCZaJ TV Official (CC BY)
Truong Vu Nguyen (CC BY)
Cliply (Licencja Pixabay)
Mikes-Photography (Licencja Pixabay)
Javier_RTG (Licencja Pixabay)
HNH (CC BY-SA 3.0)
brankomaster (CC BY 2.0)
Freepik (Licencja Flaticon)
Smashicons (Licencja Flaticon)
Three-shotsn (Licencja Pixabay)
cottonbro (Licencja Pexels)
JulezCordoba (Licencja Pixabay)
Enochlau (CC BY-SA 3.0)
Ulrich Scharwächter (Licencja Pexels)
Freepik (Licencja Flaticon)
srip (Licencja Flaticon)
Freepik (Licencja Flaticon)
Freepik (Licencja Flaticon)
turkkub (Licencja Flaticon)
surang (Licencja Flaticon)

Licencja:

Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowej

cc-by-nc-sa.svg