විභව ශක්තිය - ගැටළු සහ විසඳුම්

විභව ශක්තිය - ගැටළු සහ විසඳුම්

ගුරුත්වාකර්ෂණ විභව ශක්තිය

1. කිලෝග්‍රෑම් 50 ක ස්කන්ධයක් සහිත වස්තුවක් h උසකට ඔසවා තැබීමට භාවිතා කරන ජූල් 4900 ක ශක්තිය. h හි උස කොපමණද? ගුරුත්වාකර්ෂණය හේතුවෙන් ත්වරණය (g) = 9.8 ms ^-2.

දන්නා:

විභව ශක්තියේ වෙනස (ΔPE) = ජූල් 4900

වස්තුවේ ස්කන්ධය (m) = 50 kg

ගුරුත්වාකර්ෂණය හේතුවෙන් ත්වරණය (g) = 9.8 m/s ²

අවශ්‍යයි: උස (Δh)

විසඳුම:

ΔPE = mg Δh

4900 = (50)(9.8) Δපැ

4900 = 490 Δපැ

Δh = මීටර් 10

වසන්ත විභව ශක්තිය

2. පහත ප්‍රස්ථාරයෙන් දුනු දිය උල්පතක බලය (F) සහ x (දිග වෙනස් වීම) අතර සම්බන්ධතාවය පෙන්වයි. දුනු දිය උල්පතක දිග වෙනස් වීම සෙන්ටිමීටර 8 ක් නම්, දුනු දිය විභව ශක්තිය කුමක්ද?

දන්නා:

බලය (F) = 2 නිව්ටන්

දිග 1 (x) = 1 සෙ.මී. = 1/100 මීටර් = 0.01 මීටර් වෙනස් වීම

දිගෙහි වෙනස 2 = 8 සෙ.මී. = 8/100 මීටර් = 0.08 මීටර්

අවශ්‍යයි: වසන්ත විභව ශක්තිය

විසඳුම:

වසන්ත නියතය:

වසන්ත විභව ශක්තිය:

∆PE = 1/2 kx ²

∆PE = 1/2 (200 N/m)(0.08 m) ²

∆PE = (100 N/m)(0.0064 m ² )

∆PE = 0.64 Nm

3. පහත වගුව මත පදනම්ව, F = වස්තුවේ බර, ∆L = දුනු දිගෙහි වෙනස. දුනු දිගෙහි වෙනස සෙන්ටිමීටර 10 ක් වන පරිදි දුනු මත සිදු කරන ලද කාර්යය කුමක්ද?

දන්නා:

දුනු දිගෙහි වෙනස (∆L) = 10 cm = 0.1 m

අවශ්‍යයි: වසන්තයේ සිදු කරන ලද වැඩ

විසඳුම:

වසන්ත නියතය:

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

වසන්ත නියතය 500 N/m වේ.

වැඩ කටයුතු සිදු කරනු ලබන්නේ වසන්තයේ දිගෙහි වෙනස 10 සෙ.මී. වේ:

W = 1/2 k ∆L ² = 1/2 (500 N/m)(0.1 m) ² = (250 N/m)(0.01 m ² ) = 2.5 N m = 2.5 ජූල්.

4. පහත ප්‍රස්ථාරයෙන් බලය (F) සහ දිග වෙනස (x) අතර සම්බන්ධතාවය පෙන්වයි. පහත ප්‍රස්ථාරය මත පදනම්ව දුනු විභව ශක්තිය කුමක්ද?

දන්නා:

F = 40 නිව්ටන්

Δx = 0.08 m

අවශ්‍යයි: වසන්ත විභව ශක්තිය

විසඳුම:

වසන්ත නියතය:

k = එෆ් / Δx

වසන්ත විභව ශක්තිය:

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

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

1. විභව ශක්තිය යනු කුමක්ද?
   • පිළිතුර: විභව ශක්තිය යනු වස්තුවකට එහි පිහිටීම හෝ තත්වය නිසා ඇති ශක්තියයි. එය කාර්යයක් කිරීමට විභවයක් ඇති නමුත් මේ මොහොතේ චලනය ඇති නොකරන ශක්තියයි.
2. ගුරුත්වාකර්ෂණ විභව ශක්තිය උස මත රඳා පවතින්නේ කෙසේද?
   • පිළිතුර: ගුරුත්වාකර්ෂණ විභව ශක්තිය යොමු ලක්ෂ්‍යයකට ඉහළින් ඇති වස්තුවක උසට සෘජුව සමානුපාතික වේ. සූත්‍රය PE වේ.$=mgh$, එහිදී PE යනු විභව ශක්තියයි, $m$ ස්කන්ධය වේ, $g$ ගුරුත්වාකර්ෂණ ත්වරණය යනු, සහ $h$ උස වේ.
3. දිගු කරන ලද හෝ සම්පීඩිත වසන්තයකට විභව ශක්තියක් ඇති බව පවසන්නේ ඇයි?
   • පිළිතුර: දඟරයක් එහි සමතුලිතතා ස්ථානයෙන් දිගු කළ විට හෝ සම්පීඩනය කළ විට, එය ශක්තිය ගබඩා කරයි. දඟරය එහි සමතුලිතතා තත්වයට නැවත පැමිණෙන විට මෙම ශක්තියට වැඩ කිරීමේ විභවයක් ඇත. මෙම ගබඩා කරන ලද ශක්තිය ප්‍රත්‍යාස්ථ විභව ශක්තිය ලෙස හැඳින්වේ.
4. ගුරුත්වාකර්ෂණ ක්ෂේත්‍රයකදී වස්තුවක් එහි මුල් උස මෙන් දෙගුණයකට ඉහළ නැංවුවහොත් එහි විභව ශක්තිය වෙනස් වන්නේ කෙසේද?
   • පිළිතුර: වස්තුවක් එහි මුල් උස මෙන් දෙගුණයක් දක්වා ඉහළ නැංවූ විට, එහි ගුරුත්වාකර්ෂණ විභව ශක්තිය දෙගුණ වේ. මෙයට හේතුව විභව ශක්තිය රේඛීයව උස මත රඳා පවතින බැවිනි.
5. වස්තුවකට සෘණ විභව ශක්තියක් තිබිය හැකිද? පැහැදිලි කරන්න.
   • පිළිතුර: ඔව්, යොමු ලක්ෂ්‍යය තෝරා ගැනීම අනුව විභව ශක්තිය සෘණ විය හැකිය. උදාහරණයක් ලෙස, ගුරුත්වාකර්ෂණ විභව ශක්ති ගැටළු වලදී, අපි බොහෝ විට බිම ශුන්‍ය විභව ශක්තියක් ඇති බව තබමු. වස්තුවක් මෙම යොමු ලක්ෂ්‍යයට පහළින් (ළිඳක මෙන්) තිබුනේ නම්, එහි විභව ශක්තිය තෝරාගත් යොමුවට සාපේක්ෂව සෘණ වනු ඇත.
6. සංවෘත පද්ධතියක විභව ශක්තිය චාලක ශක්තියට සම්බන්ධ වන්නේ කෙසේද?
   • පිළිතුර: බාහිර බලවේග නොමැති සංවෘත පද්ධතියක, මුළු ශක්තිය (චාලක + විභවය) නියතව පවතී. මෙම මූලධර්මය බලශක්ති සංරක්ෂණය මත පදනම් වේ. විභව ශක්තිය වැඩි වන විට, චාලක ශක්තිය අඩු වන අතර, අනෙක් අතට.
7. ඇපල් ගෙඩියක් ගසකින් වැටෙන විට එහි ගුරුත්වාකර්ෂණ විභව ශක්තියට කුමක් සිදුවේද?
   • පිළිතුර: ඇපල් ගෙඩිය වැටෙන විට, එය පෘථිවියට සමීප වන නිසා එහි ගුරුත්වාකර්ෂණ විභව ශක්තිය අඩු වේ. මෙම නැතිවූ විභව ශක්තිය චාලක ශක්තිය බවට පරිවර්තනය වන අතර, ඇපල් ගෙඩිය වැටෙන විට වේගයෙන් චලනය වේ.
8. පෙන්ඩුලමක එහි පැද්දීමේ උච්චතම අවස්ථාවේදී වැඩිම විභව ශක්තියක් ඇත්තේ ඇයි?
   • පිළිතුර: එහි පැද්දීමේ උච්චතම අවස්ථාවේදී, පෙන්ඩුලම එහි විවේක ස්ථානයට සාපේක්ෂව එහි ඉහළම ස්ථානයේ පවතී. මෙයින් අදහස් කරන්නේ එයට උපරිම උස ඇති බවත්, එබැවින් උපරිම ගුරුත්වාකර්ෂණ විභව ශක්තිය ඇති බවත්ය. එය පහළට පැද්දීමේදී, මෙම ශක්තිය චාලක ශක්තිය බවට පරිවර්තනය වේ.
9. ගුරුත්වාකර්ෂණ ක්ෂේත්‍රයක නොතිබුණත් වස්තුවකට විභව ශක්තියක් තිබිය හැකිද?
   • පිළිතුර: ඔව්. විභව ශක්තිය ගුරුත්වාකර්ෂණ ක්ෂේත්‍රවලට පමණක් සීමා නොවේ. උදාහරණයක් ලෙස, අභ්‍යවකාශ මධ්‍යස්ථානයක (ගුරුත්වාකර්ෂණ බලපෑම් අවම වන) සම්පීඩිත වසන්තයකට තවමත් ප්‍රත්‍යාස්ථ විභව ශක්තිය ඇත. ඒ හා සමානව, විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක ආරෝපණවලට විද්‍යුත් විභව ශක්තිය ඇත.

10. වස්තුවක ස්කන්ධය එහි ගුරුත්වාකර්ෂණ විභව ශක්තියට බලපාන්නේ කෙසේද?

    • පිළිතුර: ගුරුත්වාකර්ෂණ විභව ශක්තිය වස්තුවක ස්කන්ධයට සෘජුව සමානුපාතික වේ. ඔබ වස්තුවක ස්කන්ධය දෙගුණ කළහොත්, එහි ගුරුත්වාකර්ෂණ විභව ශක්තිය (එකම උසකින්) ද දෙගුණ වේ.