Tenaga keupayaan – masalah dan penyelesaian

1. Tenaga 4900 Joule digunakan untuk mengangkat objek berjisim 50 kg ke ketinggian h. Berapakah ketinggian h? Pecutan akibat graviti (g) = 9.8 ms ^-2.

Diketahui:

Perubahan tenaga keupayaan (ΔPE) = 4900 Joule

Jisim objek (m) = 50 kg

Pecutan akibat graviti (g) = 9.8 m/ ^s²

Dikehendaki: tinggi (Δh)

Penyelesaian:

ΔPE = mg Δh

4900 = (50)(9.8) Δj

4900 = 490 Δj

Δh = 10 meter

Tenaga keupayaan musim bunga

2. Graf di bawah menunjukkan hubungan antara daya (F) dan x (perubahan panjang) spring. Jika perubahan panjang spring ialah 8 cm, apakah tenaga keupayaan spring?

Diketahui:

Daya (F) = 2 Newton Masalah dan penyelesaian tenaga berpotensi 1

Perubahan panjang 1 (x) = 1 cm = 1/100 m = 0.01 m

Perubahan panjang 2 = 8 cm = 8/100 m = 0.08 m

Dikehendaki: Tenaga keupayaan spring

Penyelesaian:

Pemalar musim bunga:

Tenaga keupayaan spring:

∆PE = 1/2 kx ²

∆PE = 1/2 (200 N/m)(0.08 m) ²

∆PE = (100 N/m)(0.0064 ^m² )

∆PE = 0.64 Nm

3. Berdasarkan jadual di bawah, F = berat objek, ∆L = perubahan panjang spring. Berapakah kerja yang dilakukan pada spring supaya perubahan panjang spring ialah 10 cm.

Diketahui: Masalah dan penyelesaian tenaga berpotensi 2

Perubahan panjang spring (∆L) = 10 cm = 0.1 m

Dikehendaki: Kerja yang dilakukan pada musim bunga

Penyelesaian:

Pemalar musim bunga:

k = F / ∆x = 20 N / 0.04 m = 500 N/m

k = F / ∆x = 30 N / 0.06 m = 500 N/m

k = F / ∆x = 40 N / 0.08 m = 500 N/m

Pemalar spring ialah 500 N/m

Kerja itu dilakukan pada spring jadi perubahan panjang spring ialah 10 cm:

W = 1/2 k ∆L² ⁼ 1/2 (500 N/m)(0.1 m) ^² = (250 N/m)(0.01 m² ⁾ = 2.5 Nm = 2.5 Joule.

4. Graf di bawah menunjukkan hubungan antara daya (F) dan perubahan panjang (x). Apakah tenaga keupayaan spring berdasarkan graf di bawah.

Diketahui: Masalah dan penyelesaian tenaga berpotensi 4

F = 40 Newton

Δx = 0.08 m

Dikehendaki: tenaga keupayaan spring

Penyelesaian:

Pemalar musim bunga:

k = F / Δx

Tenaga keupayaan spring:

PE = ½ k Δx ² = ½ (F/Δx) Δx ² = ½ F Δx

PE = ½ (40)(0.08) = (20)(0.08) = 1.6 Joule

Apakah tenaga keupayaan?
- jawapanTenaga keupayaan ialah tenaga yang dimiliki oleh sesuatu objek kerana kedudukan atau keadaannya. Ia adalah tenaga yang berpotensi untuk melakukan kerja tetapi tidak menyebabkan gerakan pada masa ini.
Bagaimanakah tenaga keupayaan graviti bergantung pada ketinggian?
- jawapanTenaga keupayaan graviti adalah berkadar terus dengan ketinggian objek di atas titik rujukan. Formulanya ialah PE $= m g h$ , dengan PE ialah tenaga keupayaan, $m$ ialah jisim, $g$ ialah pecutan graviti, dan $h$ ialah ketinggian.
Mengapakah dikatakan bahawa spring yang diregangkan atau dimampatkan mempunyai tenaga keupayaan?
- jawapanApabila spring diregangkan atau dimampatkan dari kedudukan keseimbangannya, ia menyimpan tenaga. Tenaga ini berpotensi untuk melakukan kerja apabila spring kembali ke keadaan keseimbangannya. Tenaga yang tersimpan ini dirujuk sebagai tenaga keupayaan elastik.
Bagaimanakah tenaga keupayaan sesuatu objek berubah jika ia dinaikkan kepada dua kali ganda ketinggian asalnya dalam medan graviti?
- jawapanJika sesuatu objek dinaikkan kepada dua kali ganda ketinggian asalnya, tenaga keupayaan gravitinya akan berganda. Ini kerana tenaga keupayaan bergantung secara linear pada ketinggian.
Adakah mungkin sesuatu objek mempunyai tenaga keupayaan negatif? Terangkan.
- jawapanYa, tenaga keupayaan boleh menjadi negatif bergantung pada pilihan titik rujukan. Contohnya, dalam masalah tenaga keupayaan graviti, kita sering menetapkan tanah sebagai mempunyai tenaga keupayaan sifar. Jika sesuatu objek berada di bawah titik rujukan ini (seperti di dalam perigi), tenaga keupayaannya akan menjadi negatif berbanding rujukan yang dipilih.
Bagaimanakah tenaga keupayaan berkaitan dengan tenaga kinetik dalam sistem tertutup?
- jawapanDalam sistem tertutup tanpa daya luaran, jumlah tenaga (kinetik + keupayaan) kekal malar. Prinsip ini adalah berdasarkan pemuliharaan tenaga. Apabila tenaga keupayaan meningkat, tenaga kinetik berkurangan, dan sebaliknya.
Apakah yang berlaku kepada tenaga keupayaan graviti sebiji epal apabila ia jatuh dari pokok?
- jawapanApabila epal jatuh, tenaga keupayaan gravitinya berkurangan kerana ia semakin dekat dengan Bumi. Tenaga keupayaan yang hilang ini ditukarkan kepada tenaga kinetik, menjadikan epal bergerak lebih laju apabila ia jatuh.
Mengapakah pendulum mempunyai tenaga keupayaan yang paling tinggi pada puncak ayunannya?
- jawapanPada puncak ayunannya, pendulum berada pada titik tertinggi berbanding kedudukan rehatnya. Ini bermakna ia mempunyai ketinggian maksimum dan, oleh itu, tenaga keupayaan graviti maksimum. Semasa ia berayun ke bawah, tenaga ini ditukar kepada tenaga kinetik.
Bolehkah sesuatu objek mempunyai tenaga keupayaan walaupun ia tidak berada dalam medan graviti?
- jawapanYa. Tenaga keupayaan tidak eksklusif untuk medan graviti. Contohnya, spring termampat di stesen angkasa (di mana kesan graviti adalah minimum) masih mempunyai tenaga keupayaan elastik. Begitu juga, cas dalam medan elektrik mempunyai tenaga keupayaan elektrik.
Bagaimanakah jisim sesuatu objek mempengaruhi tenaga keupayaan gravitinya?
- jawapanTenaga keupayaan graviti adalah berkadar terus dengan jisim sesuatu objek. Jika anda menggandakan jisim sesuatu objek, tenaga keupayaan gravitinya (pada ketinggian yang sama) juga akan berganda.