1. מסה של 2 ק"ג מחוברת לקפיץ. אם התארכות הקפיץ היא 4 ס"מ, קבע את האנרגיה הפוטנציאלית של הקפיץ האלסטי . תאוצת הכבידה היא 10 מטר/שנייה 2.
ידוע:
מסה (מ') = 2 ק"ג
תאוצת כוח הכבידה (g) = 10 מטר/שנייה 2
משקל (w) = מ"ג = (2)(10) = 20 ניוטון
התארכות (x) = 4 ס"מ = 0.04 מטר
מבוקש: אנרגיה פוטנציאלית של קפיץ אלסטי
פתרון:
נוסחת חוק הוק :
F = kx
F = כוח, k = קבוע קפיץ, x = שינוי אורך הקפיץ
קבוע קפיץ:
k = w / x = 20 / 0.04 = 500 ניוטון למטר
אנרגיה פוטנציאלית של קפיץ אלסטי:
PE = ½ kx 2 = ½ (500)(0.04) 2 = (250)(0.0016) = 0.4 ג'ול
פתרון חלופי:
PE = ½ kx² = ½ (w / x) x² = ½ wx = ½ mgx
w = משקל, m = מסה, x = שינוי אורך הקפיץ
PE = ½ (2)(10)(0.04) = (10)(0.04) = 0.4 ג'אול.
[IRP]
2. התארכות הקפיץ הנמתח בכוח F = 50 N היא 10 ס"מ. מהי האנרגיה הפוטנציאלית של הקפיץ האלסטי אם התארכות הקפיץ היא 12 ס"מ.
ידוע:
התארכות (x) = 10 ס"מ = 0.1 מטר
כוח (F) = 50 ניוטון
מבוקש : האנרגיה הפוטנציאלית של קפיץ אלסטי
פתרון:
קבוע קפיץ:
k = F / x = 50 / 0.1 = 500 ניוטון למטר
האנרגיה הפוטנציאלית של קפיץ אלסטי אם התארכות הקפיץ היא 12 ס"מ:
PE = ½ kx 2 = ½ (500)(0.12) 2 = (250)(0.0144) = 3.6 ג'אול.
[IRP]
3. גרף של F לעומת x המוצג באיור למטה. מהי האנרגיה הפוטנציאלית של קפיץ אלסטי, אם התארכות הקפיץ היא 10 ס"מ.
ידוע:
כוח (F) = 5 ניוטון
התארכות הקפיץ (x) = 2 ס"מ = 0.02 מטר
מבוקש: האנרגיה הפוטנציאלית של קפיץ אלסטי אם התארכות הקפיץ היא 0.1 מטר.
פתרון:
קבוע קפיץ:
k = F / x = 5 / 0.02 = 250 ניוטון למטר
האנרגיה הפוטנציאלית של קפיץ אלסטי אם התארכות הקפיץ היא 0.1 מטר:
PE = ½ kx 2 = ½ (250)(0.1) 2 = (125)(0.01) = 1.25 ג'אול.
4. ספורטאי קופץ על מכשיר קפיץ עם משקל של 500 ניוטון, הקפיץ מתקצר ב-4 ס"מ. קבע את כמות האנרגיה הפוטנציאלית שתפעיל על הספורטאי.
א. 20 ג'אול
B. 10 ג'אול
כ-5 ג'אול
ד. 2 ג'אול
ידוע:
כוח (F) = 500 ניוטון
השינוי באורך הקפיץ (Δx) = 4 ס"מ = 0.04 מטר
מבוקש: האנרגיה הפוטנציאלית של האביב
פתרון:
חשב את קבוע האלסטיות של קפיץ באמצעות משוואת חוק הוק:
k = F / Δx = 500 ניוטון / 0.04 מטר = 12500 ניוטון למטר
האנרגיה הפוטנציאלית האלסטית של הקפיץ:
PE = ½ k Δx 2 = ½ (12500)(0.04) 2 = (6250)(0.0016)
PE = 10 ג'אול
התשובה הנכונה היא ב'.
5. קפיץ, כאשר הוא תלוי עם מסה של 500 גרם, אורכו גדל ב-5 ס"מ. קבע את הקבוע שלו ואת האנרגיה הפוטנציאלית שלו .
ידוע:
מסת העצם (מ') = 500 גרם = (500/1000) ק"ג = 5/10 ק"ג = 0.5 ק"ג
תאוצה (g) = 10 מטר/שנייה 2
משקל עצם (w) = mg = (0.5 ק"ג)(10 מטר/שנייה 2 ) = 5 ק"ג מטר/שנייה 2 = 5 ניוטון
השינוי באורך הקפיץ (Δx) = 5 ס"מ = 0.05 מטר
מבוקש: קבוע הקפיץ (k) ואנרגיה פוטנציאלית (PE)
פתרון:
ראשית, חשב את קבוע הקפיץ באמצעות משוואת חוק הוק:
k = w / Δx = 5 ניוטון / 0.05 מטר = 100 ניוטון למטר
האלסטיות הפוטנציאלית של הקפיץ:
PE = ½ k Δx 2 = ½ (100)(0.05) 2 = (50)(0.0025)
PE = 0.125 ג'אול
[wpdm_package id = '1179 ′]
- עבודה שנעשית על ידי כוח, בעיות ופתרונות
- בעיות אנרגיה קינטית-עבודה ופתרונותיהן
- בעיות ופתרונות של עקרונות אנרגיה מכנית-עבודה
- בעיות אנרגיה פוטנציאלית כבידה ופתרונותיהן
- בעיות ופתרונות של אנרגיה פוטנציאלית של קפיץ אלסטי
- בעיות חשמל ופתרונות
- יישום שימור אנרגיה מכנית לתנועת נפילה חופשית
- יישום שימור אנרגיה מכנית לתנועה מעלה ומטה בתנועה של נפילה חופשית
- יישום שימור אנרגיה מכנית לתנועה על משטחי עקומה
- יישום שימור אנרגיה מכנית לתנועה על מישור משופע
- יישום שימור אנרגיה מכנית לתנועת קליע
