5 eksempler på spørsmål om elastisk potensiell energi til fjærer
1. En fjær blir belastet med 2 kg og hengt vertikalt på et stativ. Hvis fjæren forlenges med 4 cm, vil endringen i potensiell energi Fjærens elastiske kraft er… g = 10 m/s2
Diskusjon
Det er kjent :
Lastens masse (m) = 2 kg
Tyngdeakselerasjon (g) = 10 m/s2
Lastvekt (w) = mg = (2)(10) = 20 Newton
Økning i fjærlengde (x) = 4 cm = 0,04 meter
Spurt Fjærens elastiske potensielle energi
Jawab :
Formel Hookes lov er F = kx, hvor F = kraft, k = fjærkonstant og x = økning i fjærlengde. Hvis tilpasset dette problemet, endres Hookes lovformel til w = kx, hvor w = tyngdekraftenFor å beregne fjærkonstanten, endre Hookes lovformel til k = w / x. Så fjærkonstanten er k = w / x = 20 / 0,04 = 500 Newton/meter.
Endringen i fjærens elastiske potensielle energi er:
EP = ½ kx2 = ½ (500)(0,04)2 = (250)(0,0016) = 30 420 joule
Endringen i elastisk potensiell energi til en fjær kan også beregnes ved hjelp av en enkelt formel:
EP = ½ kx2 = ½ (b / x) x2 = ½ wx = ½ mgx
Beskrivelse: w = lastens vektkraft, m = lastens masse, x = endring i fjærens lengde.
EP = ½ (2)(10)(0,04) = (10)(0,04) = 0,4 joule.
2. For å strekke en fjær 10 cm kreves en kraft på 50 N. Den elastiske potensielle energien som kreves for å strekke fjæren 12 cm er…
Diskusjon
Det er kjent :
Økning i fjærlengde (x) = 10 cm = 0,1 meter
Kraft (F) = 50 Newton
Spurt : fjærens elastiske potensielle energi for å strekke fjæren så langt som 12 cm eller 0,12 meter.
Jawab :
Fjærkonstanten er:
k = F / x = 50 / 0,1 = 500 Newton/meter
Fjæren som brukes er den samme, derfor brukes fjærkonstanten fra forrige beregning til å beregne fjærens elastiske potensielle energi for å strekke fjæren med 0,12 meter.
EP = ½ kx2 = ½ (500)(0,12)2 = (250)(0,0144) = 3,6 joule.
3. Grafen nedenfor viser forholdet mellom kraft (F) og økningen i fjærens lengde (x). Hvis fjæren er forvrengt med 10 cm, er fjærens elastiske potensielle energi…
Diskusjon
Det er kjent :
Kraft (F) = 5 Newton
Økning i fjærlengde (x) = 2 cm = 0,02 meter
Spurt : fjærens potensielle energi hvis fjæren er forvrengt med 10 cm eller 0,1 meter.
Jawab :
Fjærkonstant:
k = F / x = 5 / 0,02 = 250 Newton/meter
Fjærens potensielle energi hvis fjæren er forvrengt med 0,1 meter:
EP = ½ kx2 = ½ (250)(0,1)2 = (125)(0,01) = 1,25 joule.
Elastisk potensiell energi
4. En fjær får en belastning på 2 kg som vist i figuren nedenfor. Hvis fjæren øker i lengde med 5 cm og akselerasjon på grunn av tyngdekraften jorden 10 ms-2, så er fjærens elastiske potensielle energi...
A. 4,0 J
B. 3,0 J
C. 14 400 J
D. 52 800 J
Ø. 0,5 J
Diskusjon
Det er kjent :
Lengdeøkning (Δx) = 5 cm = 0,05 meter
Tyngdeakselerasjon (g) = 10 m/s2
Lastens masse (m) = 2 kg
Lastvekt (w) = mg = (2)(10) = 20 Newton
Spurt Potensiell energi til gummi?
Jawab :
Beregn først fjærens elastiske konstant ved hjelp av Hookes lovformel:
k = w / Δx = 20 / 0,05 = 400 N/m
Den elastiske potensielle energien til fjæren er:
EP = ½ k Δx2 = ½ (400)(0,05)2 = (200)(0,0025)
EP = 0,5 joule
Det riktige svaret er E.
5. For å strekke en fjær 5 cm kreves en kraft på 20 N. Fjærens potensielle energi når den strekker seg 10 cm er…
A. 158 400 joule
B. 950 400 joule
C. 5 860 800 joule
D. 9 504 000 joule
E. 100 Joule
Diskusjon
Det er kjent :
Lengdeøkning (Δx) = 5 cm = 0,05 meter
Kraft (F) = 20 Newton
Spurt : Fjærens EP når fjæren strekker seg 10 cm?
Jawab :
Fjærkonstant:
k = F / Δx = 20 / 0,05 = 400 N/m
Fjærens potensielle energi når Δx = 10 cm = 0,1 meter:
EP = ½ k Δx2 = ½ (400)(0,1)2 = (200)(0,01)
EP = 2 joule
Det riktige svaret er A.
