5 esimerkkiä potentiaalisista energiakysymyksistä
Gravitaatiopotentiaalienergia
1. 50 kg:n painoisen kappaleen nostamiseen pystysuunnassa käytetään 4.900 2 joulea energiaa. Kappale nousee … korkeuteen (g = 9,8 ms⁻² )
A. 0,1 m
B. 10 metriä
Noin 98 metriä
D. 245 m
960 m itä
Keskustelu
Tiedetään, että:
Potentiaalienergian muutos (ΔEP) = 4900 joulea
kappaleen massa (m) = 50 kg
Painovoiman kiihtyvyys (g) = 9,8 m/ s²
Haluttu: Kohde nousee niin korkealle kuin (Δh)
Vastaus:
ΔEP = mg Δh
4900 = (50)(9,8) Δh
Δh = 10 metriä
Oikea vastaus on B.
Kevään potentiaalienergia
2. Seuraava kuvaaja näyttää jousen F:n (voima) ja x:n (pituuden kasvu) välisen suhteen. Jos jousi vääntyy 8 cm, jousen potentiaalienergia on...
A. 1,6 × 10-5 Joule
B. 6,4 × 10⁻⁴ joulea
Noin 8 joulea
D. 30 000 joulea
E. 128 Joulea
Keskustelu
Tiedetään, että:
Voima (F) = 2 Newtonia
Pituuden kasvu (x) = 1 cm = 1/100 metriä = 0,01 metriä
Jousen taipuma = 8 cm = 8/100 metriä = 0,08 metriä
Kysymys: Jousen potentiaalienergia
Vastaus:
Käytä kaavion tietoja jousivakion laskemiseen.
Jousen potentiaalienergia:
∆ EP = 1/2 kx 2
∆ EP = 1/2 (200 N/m) (0,08 m) 2
∆ EP = (100 N/m) (0,0064 m 2 )
∆EP = 0,64 Nm
3. Seuraavien objektien tilojen joukossa:
(1) Venytetty ritsakumi
(2) Taipunut heiluri
(3) Kuuma rauta
Kappaleet, joilla on potentiaalienergiaa, on numeroitu...
A. (1)
B. (1) ja (2)
C. (2)
D. (2) ja (3)
E. (3)
Keskustelu
(1) Venytetty ritsakumi
Venytettynä ritsakumilla on elastinen potentiaalienergia.
(2) Taipunut heiluri
Kun heiluria poikkeutetaan, heilurilla on gravitaatiopotentiaalienergiaa.
Oikea vastaus on B.
4. Alla oleva taulukko näyttää kokeen tulokset, jossa jousi on kuormitettu toisessa päässä. F edustaa kuorman painoa ja ∆L edustaa pituuden kasvua. Laske työ, joka tarvitaan jousen pidentämiseksi 10 cm.
A. 2,0 joulea
Noin 2,5 joulea
Noin 5,0 joulea
D. 30 000 joulea
E. 10 joulea
Keskustelu
Tiedetään, että:
Jousen pituuden kasvu (∆L) = 10 cm = 0,1 metriä
Kysymys: Jousen pidentämisyritys 10 cm
Vastaus:
Käytä taulukon tietoja jousivakion laskemiseen:
k = F / ∆x = 20 N / 0,04 m = 500 N/m²
k = F / ∆x = 30 N / 0,06 m = 500 N/m²
k = F / ∆x = 40 N / 0,08 m = 500 N/m²
Jousivakio on 500 N/m
Jousen pidentämiseen 10 cm tarvittava työmäärä on:
W = 1/2 k ∆L 2 = 1/2 (500 N/m)(0,1 m) 2 = (250 N/m)(0,01 m 2 ) = 2,5 newtonmetriä = 2,5 joulea.
Oikea vastaus on B.
5. Kuvaaja (Fx) näyttää voiman ja jousen pituuden kasvun välisen suhteen. Jousen potentiaalienergian suuruus yllä olevan kuvaajan perusteella on…
A. 20 joulea
B. 16 joulea
C. 3,2 joulea
D. 1,6 joulea
E. 1,2 joulea
Keskustelu
Tiedetään, että :
F = 40 Newtonia
Δx = 0,08 metriä
Kysymys : Jousen potentiaalienergia?
Vastaus :
Jousivakio:
k = F / Δx
Jousen potentiaalienergia:
EP = ½ k Δx² = ½ ( F / Δx ) Δx² = ½ FΔx
EP = ½ (40)(0,08) = (20)(0,08) = 1,6 joulea
Oikea vastaus on D.
Kysymyksen lähde:
Fysiikan kansalliset tenttikysymykset lukiolle/ammatilliseen lukioon
