Fizika 7 - 4.4 Elastična potencijalna energija

Na početku...

Košarkaš u igri udara loptom o pod. Lopta odskače.

Ima li lopta čvrst oblik? Mijenja li lopta oblik kad na nju djelujemo vanjskom silom? Vraća li se lopta u prvobitni oblik kad prestane djelovanje vanjske sile? Zašto lopta odskače? Koliko visoko će odskočiti? Hoće li odskočiti uvijek do jednake visine?

Košarkaška lopta čvrsto je tijelo. Kad na košarkašku loptu djelujemo nekom vanjskom silom, ona će kratkotrajno promijeniti oblik. Primjeri takvih elastičnih tijela su i teniska loptica, elastična vrpca, gumica za kosu, opruga, luk i strijela itd.

Prilikom udarca u obruč ili o pod lopta kratkotrajno promijeni oblik te se zbog djelovanja elastične sile odbija od poda i vraća u svoj prvobitni oblik kugle.

Kad tijela imaju elastičnu potencijalnu energiju?

Kad elastična tijela zbog djelovanja vanjske sile promijene oblik, ona imaju elastičnu potencijalnu energiju.

Što su promjene oblika elastičnog tijela veće, to je elastična potencijalna energija veća. Tijela pod utjecajem vanjske sile mijenjaju oblik, ali samo se elastična tijela vraćaju u prvobitni oblik.

Elastična potencijalna energija jest energija pohranjena u elastičnim tijelima kojima je oblik promijenjen zbog djelovanja neke vanjske sile.

Oznaka za elastičnu potencijalnu energiju je $E_{e p},$ a mjerna jedinica je džul ( $J$ ).

Izradi vježbu

Izradite luk i strijelu.

Za izradu luka potrebni su vam:

nerastezljiva vrpca
štap.

Kao strijela može poslužiti manji lakši štap.

Prihvat za vrpcu izradite na dnu strijele.

Istražite o čemu ovisi daljina do koje će strijela odletjeti. Što će se dogoditi s duljinom puta strijele ako više rastegnemo vrpcu na luku?

Elastična energija pohranjena je u luku i savijanjem luka prenosi se na strijelu, te strijela dobiva kinetičku energiju.

Primjer 1.

Uz pomoć dječjeg automobila na navijanje istražite o čemu ovisi duljina puta koju će automobil dosegnuti.

Što se nalazi unutar dječjih automobila na navijanje? Ako navijanjem stisnemo ili rastegnemo oprugu koja se nalazi unutar automobila, gdje smo pohranili energiju?

Ponovite postupak nekoliko puta, tako da različito navijete oprugu i izmjerite prijeđenu udaljenost automobila.

Pokus

Kutak za znatiželjne

Kad elastičnim tijelima promijenimo oblik, ona se tome opiru elastičnom silom. Ako prestane djelovanje vanjske sile, elastična sila vraća tijela u njihov prvobitni oblik.

Elastičnu silu računamo izrazom $F_{e l} = - k \cdot Δ l,$ pri čemu je $k$ konstanta opruge, a $Δ l$ produljenje opruge. Minus u formuli označava smjer elastične sile, koji je suprotne orijentacije od djelovanja sile koja rasteže ili pritišće oprugu.

Elastičnu potencijalnu energiju računamo izrazom $E_{e p} = \frac{k \cdot {(Δ l)}^{2}}{2} .$

Kutak za znatiželjne

Elastična opruga rastegne se za $20 cm$ pod djelovanjem sile od $40 N$ . Kolika je njezina elastična potencijalna energija u tom slučaju?

$Δ l = 20 cm = 0,2 m$

$F = 40 N$

$E_{e p} = ?$

$F = k \cdot Δ l$

$k= \frac{F}{Δl} = \frac{40 N}{0,2 m} = 200 \frac{N}{m}$

$E_{e p} = \frac{k \cdot {(Δ l)}^{2}}{2} = \frac{200 \frac{N}{m} \cdot {(0,2 m)}^{2}}{2} = 4 J$

4.4 Elastična potencijalna energija

Na početku...

Kad tijela imaju elastičnu potencijalnu energiju?

Izradi vježbu

Pokus

Kutak za znatiželjne

Kutak za znatiželjne

...i na kraju

Uvježbajmo

4.5 Pretvorbe energije