நிலை ஆற்றல் – சிக்கல்களும் தீர்வுகளும்

நிலை ஆற்றல் – சிக்கல்களும் தீர்வுகளும்

ஈர்ப்பு விசை ஆற்றல்

1. 50 கிலோகிராம் நிறையுள்ள ஒரு பொருளை h உயரத்திற்கு உயர்த்த 4900 ஜூல் ஆற்றல் பயன்படுத்தப்பட்டது. h உயரம் என்ன? புவியீர்ப்பு முடுக்கம் (g) = 9.8 மீ ^/வி².

அறியப்பட்டது :

நிலை ஆற்றல் மாற்றம் (ΔPE) = 4900 ஜூல்

பொருளின் நிறை (மீ) = 50 கிலோகிராம்

புவியீர்ப்பு முடுக்கம் (g) = 9.8 மீ/ ^வி²

தேவை: உயரம் (Δh)

தீர்வு:

ΔPE = mg Δh

4900 = (50)(9.8) Δh

4900 = 490 Δh

Δh = 10 மீட்டர்

ஸ்பிரிங் நிலை ஆற்றல்

2. கீழேயுள்ள வரைபடம், ஒரு சுருள்வில்லில் விசை (F) மற்றும் x (நீளத்தில் ஏற்படும் மாற்றம்) ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான தொடர்பைக் காட்டுகிறது. ஒரு சுருள்வில்லின் நீளத்தில் ஏற்படும் மாற்றம் 8 செ.மீ எனில், அந்தச் சுருள்வில்லின் நிலை ஆற்றல் என்ன?

அறியப்பட்டது :

விசை (F) = 2 நியூட்டன்

நீளத்தில் ஏற்படும் மாற்றம் 1 (x) = 1 செ.மீ = 1/100 மீ = 0.01 மீ

நீளத்தில் ஏற்படும் மாற்றம் 2 = 8 செ.மீ = 8/100 மீ = 0.08 மீ

தேவை: சுருள் நிலை ஆற்றல்

தீர்வு:

வசந்தத்தின் மாறிலி :

சுருள் நிலை ஆற்றல்:

∆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. கீழே உள்ள அட்டவணையின்படி, F = பொருளின் எடை, ∆L = சுருள்வில்லின் நீளத்தில் ஏற்படும் மாற்றம். சுருள்வில்லின் நீளத்தில் 10 செ.மீ மாற்றம் ஏற்படுவதற்கு, அதன் மீது செய்யப்பட்ட வேலை என்ன?

அறியப்பட்டது :

சுருள்வில்லின் நீள மாற்றம் (∆L) = 10 செ.மீ = 0.1 மீ

தேவை : வசந்த காலத்தில் செய்து முடிக்க வேண்டிய வேலை

தீர்வு:

வசந்தத்தின் மாறிலி :

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

சுருள்வில்லின் மாறிலி 500 N/m ஆகும்.

சுருள்வில்லில் வேலை செய்யப்படுவதால், அதன் நீளத்தில் 10 செ.மீ மாற்றம் ஏற்படுகிறது.

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 ஜூல்.

4. கீழேயுள்ள வரைபடம் விசைக்கும் (F) நீள மாற்றத்திற்கும் (x) இடையேயான தொடர்பைக் காட்டுகிறது. கீழேயுள்ள வரைபடத்தின் அடிப்படையில் சுருளின் நிலை ஆற்றல் என்ன?

அறியப்பட்டது :

F = 40 நியூட்டன்

Δx = 0.08 மீ

தேவை : சுருள் நிலை ஆற்றல்

தீர்வு:

வசந்தத்தின் மாறிலி :

k = F / Δx

சுருள் நிலை ஆற்றல்:

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

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

1. நிலை ஆற்றல் என்றால் என்ன?
   • பதில்நிலை ஆற்றல் என்பது ஒரு பொருள் அதன் நிலை அல்லது இருப்பிடத்தின் காரணமாகக் கொண்டிருக்கும் ஆற்றலாகும். இது வேலை செய்யும் திறனைக் கொண்டிருந்தாலும், கணத்தில் இயக்கத்தை ஏற்படுத்தாத ஆற்றலாகும்.
2. புவியீர்ப்பு நிலை ஆற்றல் உயரத்தை எவ்வாறு சார்ந்துள்ளது?
   • பதில்புவியீர்ப்பு நிலை ஆற்றலானது, ஒரு குறிப்புப் புள்ளிக்கு மேலே உள்ள ஒரு பொருளின் உயரத்திற்கு நேர் விகிதத்தில் இருக்கும். அதன் சூத்திரம் PE ஆகும்.$=mgh$இதில் PE என்பது நிலை ஆற்றல் ஆகும். $m$ நிறை $g$ புவியீர்ப்பு முடுக்கம், மற்றும் $h$ உயரம் ஆகும்.
3. நீட்டப்பட்ட அல்லது சுருக்கப்பட்ட ஒரு சுருள்வில்லுக்கு நிலை ஆற்றல் இருப்பதாக ஏன் கூறப்படுகிறது?
   • பதில்ஒரு சுருள்வில் அதன் சமநிலை நிலையில் இருந்து நீட்டப்படும்போது அல்லது சுருக்கப்படும்போது, ​​அது ஆற்றலைச் சேமிக்கிறது. சுருள்வில் அதன் சமநிலை நிலைக்குத் திரும்பும்போது, ​​இந்த ஆற்றல் வேலை செய்யும் திறனைக் கொண்டுள்ளது. இவ்வாறு சேமிக்கப்பட்ட ஆற்றல், மீள்நிலை ஆற்றல் என அழைக்கப்படுகிறது.
4. ஒரு ஈர்ப்புப் புலத்தில், ஒரு பொருளை அதன் அசல் உயரத்தைப் போல் இருமடங்குக்கு உயர்த்தினால், அதன் நிலை ஆற்றல் எவ்வாறு மாறும்?
   • பதில்ஒரு பொருளை அதன் அசல் உயரத்தைப் போல் இருமடங்குக்கு உயர்த்தினால், அதன் ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றல் இரட்டிப்பாகும். ஏனெனில், நிலை ஆற்றலானது உயரத்தைச் சார்ந்து நேரியல் முறையில் அமைகிறது.
5. ஒரு பொருளுக்கு எதிர்மறை நிலை ஆற்றல் இருக்க முடியுமா? விளக்கவும்.
   • பதில்ஆம், நாம் தேர்ந்தெடுக்கும் ஒப்பீட்டுப் புள்ளியைப் பொறுத்து நிலை ஆற்றல் எதிர்மறையாக இருக்கலாம். எடுத்துக்காட்டாக, புவியீர்ப்பு நிலை ஆற்றல் கணக்குகளில், நாம் பெரும்பாலும் தரையின் நிலை ஆற்றலை பூஜ்ஜியமாகக் கருதுகிறோம். ஒரு பொருள் இந்த ஒப்பீட்டுப் புள்ளிக்குக் கீழே (ஒரு கிணற்றில் இருப்பது போல) இருந்தால், தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட ஒப்பீட்டுப் புள்ளியைப் பொறுத்து அதன் நிலை ஆற்றல் எதிர்மறையாக இருக்கும்.
6. ஒரு மூடிய அமைப்பில் நிலை ஆற்றலுக்கும் இயக்க ஆற்றலுக்கும் உள்ள தொடர்பு என்ன?
   • பதில்வெளிப்புற விசைகள் இல்லாத ஒரு மூடிய அமைப்பில், மொத்த ஆற்றல் (இயக்க ஆற்றல் + நிலை ஆற்றல்) மாறாமல் இருக்கும். இந்தக் கொள்கை ஆற்றல் அழிவின்மை விதியை அடிப்படையாகக் கொண்டது. நிலை ஆற்றல் அதிகரிக்கும்போது, ​​இயக்க ஆற்றல் குறைகிறது, மற்றும் நேர்மாறாகவும் நிகழ்கிறது.
7. ஒரு ஆப்பிள் மரத்திலிருந்து கீழே விழும்போது அதன் ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றலுக்கு என்ன ஆகிறது?
   • பதில்ஆப்பிள் கீழே விழும்போது, ​​அது பூமிக்கு அருகில் செல்வதால் அதன் ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றல் குறைகிறது. இவ்வாறு இழந்த நிலை ஆற்றல், இயக்க ஆற்றலாக மாற்றப்படுவதால், ஆப்பிள் கீழே விழும்போது வேகமாக நகர்கிறது.
8. ஒரு ஊசல் அதன் அசைவின் உச்சத்தில் ஏன் அதிகபட்ச நிலை ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது?
   • பதில்ஊசல் அதன் ஆட்டத்தின் உச்சத்தில், ஓய்வு நிலையைப் பொறுத்து மிக உயர்ந்த புள்ளியில் இருக்கும். இதன் பொருள், அது அதிகபட்ச உயரத்தையும், அதன் விளைவாக அதிகபட்ச ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றலையும் கொண்டுள்ளது. அது கீழ்நோக்கி ஆடும்போது, ​​இந்த ஆற்றல் இயக்க ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது.
9. ஒரு பொருள் ஈர்ப்புப் புலத்தில் இல்லாவிட்டாலும், அதற்கு நிலை ஆற்றல் இருக்க முடியுமா?
   • பதில்ஆம். நிலை ஆற்றல் என்பது ஈர்ப்புப் புலங்களுக்கு மட்டுமே உரியதல்ல. எடுத்துக்காட்டாக, ஈர்ப்பு விளைவுகள் மிகக் குறைவாக உள்ள ஒரு விண்வெளி நிலையத்தில் உள்ள சுருக்கப்பட்ட சுருள்வில்லும் மீள் நிலை ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது. அதுபோலவே, ஒரு மின்புலத்தில் உள்ள மின்னூட்டங்களும் மின் நிலை ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன.

10. ஒரு பொருளின் நிறை அதன் ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றலை எவ்வாறு பாதிக்கிறது?

    • பதில்புவியீர்ப்பு நிலை ஆற்றல் ஒரு பொருளின் நிறைக்கு நேர் விகிதத்தில் இருக்கும். ஒரு பொருளின் நிறையை இருமடங்காக்கினால், (அதே உயரத்தில்) அதன் புவியீர்ப்பு நிலை ஆற்றலும் இருமடங்காகும்.