Παραδείγματα ελαστικής δυνητικής ενέργειας-εξαντλητική επεξήγηση και συχνές ερωτήσεις

Όταν ασκείτε δύναμη σε ένα ελαστικό στοιχείο, παραμορφώνεται επειδή το αποθηκεύει ως ελαστική δυνητική ενέργεια. Καθώς απελευθερώνετε τη δύναμη, το αντικείμενο επιστρέφει στο αρχικό του σχήμα χάρη στην αποθηκευμένη ενέργεια, διατηρώντας την εργασία σε εξέλιξη.

Τα ακόλουθα παραδείγματα Ελαστικής Δυναμικής Ενέργειας καταδεικνύουν τον αντίκτυπό του σε διαφορετικές πτυχές της καθημερινής ζωής.

Το τεντωμένο τόξο ενός τοξότη: 

Μέχρι να απελευθερωθεί το τόξο, η ενέργεια που χρησιμοποιείται για να το λυγίσει προς τα πίσω αποθηκεύεται ως ελαστική δυνητική ενέργειαΤο Όταν το τόξο απελευθερώνεται, η ελαστική δυναμική ενέργεια στο τόξο μετατρέπεται αμέσως σε κινητική ενέργεια στο βέλος. Το βέλος είναι επίσης ελαστικό. Όταν η χορδή τραβάει το βέλος, λυγίζει και πετάει από τη χορδή όταν το τόξο επιστρέψει στην αρχική του θέση.

πιστώσεις Φωτογραφία: Κουρτ Κάιζερ, Τόξο και βέλος, CC0 1.0

Σπειροειδές ελατήριο: 

Η άνοιξη είναι το καλύτερο παράδειγμα κατά την εξέταση της ελαστικής δυνητικής ενέργειας - το τέντωμα ή η συμπίεση του ελατηρίου αποθηκεύει την ενέργεια ως ελαστική δυνητική ενέργεια. Το ελατήριο μπορεί να τεντωθεί ή να συμπιεστεί για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς απώλεια ενέργειας. Αυτό το χαρακτηριστικό του ελατηρίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αμορτισέρ σε μηχανικές συσκευές, όπως αυτοκίνητα, για να ελαχιστοποιήσει την επίδραση των ανώμαλων δρόμων στους επιβάτες.

Παιχνίδι Windup:

Το κλειδί σε ένα κουρδιστό παιχνίδι είναι άκαμπτο και δύσκολο να γυρίσει. Όταν γυρίζετε το κλειδί, αποθηκεύετε ενέργεια σφίγγοντας την κεντρική πηγή, ένα ισχυρό μεταλλικό ελατήριο. Η ενέργειά σας δεν εξαφανίζεται ενώ εργάζεστε σε αυτό. Αντίθετα, αποθηκεύεται ως ελαστική δυνητική ενέργεια. Όταν αφήνετε το κλειδί, η ενέργεια που αποθηκεύεται στην κεντρική πηγή μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια, η οποία τροφοδοτεί το παιχνίδι. Ένα ρολόι ή ρολόι εκκίνησης χρησιμοποιεί τον ακριβή μηχανισμό.

Άνοιξη ενός ρολογιού με στροφές. Συντελεστές εικόνας: Τσετόρνο, Ξυπνητήρι κεντρικό δακτύλιο, CC0 1.0

Προσθετικό πόδι: 

Οι χρήστες προσθετικών που επιθυμούν να συμμετάσχουν σε αθλήματα αναψυχής χρησιμοποιούν συνήθως μια πρόθεση τρεξίματος. Τα προσθετικά πόδια τρέξιμο κατασκευάζονται για να αποθηκεύουν ενέργεια σε ελαστική δυνητική ενέργεια και στη συνέχεια να τη μετατρέπουν σε κινητική. Μόλις το πόδι αγγίζει το έδαφος, λυγίζει και ξαναβγαίνει στο αρχικό του σχήμα. Ο δρομέας ωθείται μπροστά από την ελαστική δυναμική ενέργεια που μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια.

Ένας τύπος που τρέχει με προσθετικό πόδι. Δικαιώματα φωτογραφίας: Έλβαρ Φρέιρ, "Oscar Pistorius»(CC-BY 2.0

Εξέδρα καταδύσεων:

Οι καταδυτικές σανίδες χρησιμοποιούνται για καταδύσεις και είναι επίσης γνωστές ως εφαλτήρια εφόσον είναι κατασκευασμένες από ελατήρια. Το ένα άκρο του καταδυτικού σκάφους είναι μεντεσέ, ενώ το άλλο κρέμεται πάνω από ένα τράβηγμα κολύμβησης. Οι δύτες μπορούν να αποκτήσουν ταχύτητα χρησιμοποιώντας σανίδες κατάδυσης.

Καθώς ο δύτης πέφτει στον πίνακα κατάδυσης, θα ασκήσει δύναμη λόγω της μάζας του. Ως αποτέλεσμα, το ελατήριο του σκάφους θα συμπιέσει. Αυτή η συμπίεση ελατηρίου θα αποθηκευτεί ως ελαστική δυνητική ενέργεια. Η συσσωρευμένη δυναμική ενέργεια θα απελευθερωθεί και θα μετατραπεί σε κινητική όταν ο πίνακας κατάδυσης ταλαντεύεται. Τώρα ο πίνακας σπρώχνει τον δύτη προς τα πάνω με τεράστια δύναμη. Η ροπή του σκάφους βοηθά τον δύτη να περιστρέφεται στον αέρα.

Λαστιχάκι: 

Οι λαστιχένιες ταινίες έχουν ελαστικές ιδιότητες, πράγμα που σημαίνει ότι όταν τεντωθούν ή στρίβουν, επιστρέφουν στο αρχικό τους σχήμα. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σύνδεση πολλαπλών αντικειμένων.

Οι λαστιχένιες ταινίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή ενός αεροπλάνου παιχνιδιών. Ένα λάστιχο τραυματίζει την προπέλα ενός αεροπλάνου παιχνιδιών επειδή αποθηκεύει ενέργεια στο τύλιγμα του. Η προπέλα περιστρέφεται καθώς πετάτε το αεροπλάνο, παρέχοντας ώθηση στο αεροσκάφος μετατρέποντας την ελαστική δυναμική ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στο λάστιχο σε κινητική ενέργεια.

Αναπηδώντας μπάλα:

Όταν μια μπάλα που αποτελείται από ελαστικό υλικό, όπως το καουτσούκ χτυπά το έδαφος, η κινητική της ενέργεια μετατρέπεται σε ελαστική δυναμική ενέργεια. Μετά από αυτό, αυτή η ενέργεια μετατρέπεται ξανά σε κινητική, προκαλώντας την αναπήδηση της μπάλας ψηλότερα. Οι ελαστικές μπάλες έχουν την υψηλότερη ικανότητα αναπήδησης. Η ελαστική δυναμική ενέργεια που αποθηκεύεται στην μπάλα θα την αναγκάσει να αναπηδήσει από τον τοίχο από τούβλα όταν συστέλλεται.

Οι μπάλες του τένις και οι ρακέτες είναι και οι δύο ελαστικές. Όταν η μπάλα συγκρούεται με τη ρακέτα, συμπιέζεται και αλλάζει σχήμα από στρογγυλή σε οβάλ, αποθηκεύοντας την ενέργεια ως ελαστική δυνητική ενέργεια. Η μπάλα θα πετάξει μπροστά αφού η λυγισμένη ρακέτα και η μπάλα έχουν αποκτήσει την αρχική τους μορφή. Όταν παίζεις γκολφ ή μπάσκετ, συμβαίνουν τα ίδια πράγματα.

Καλώδιο Bungee:

Οι άλτες Bungee έχουν ενέργεια με τη μορφή βαρυτικής δυνητικής ενέργειας όταν κάνουν άλματα από μεγάλα ύψη. Είναι σε κίνηση όταν πηδάνε. Η ενέργεια έχει πλέον μετατραπεί σε κινητική. Όλοι γνωρίζουμε ότι η ενέργεια διατηρείται ανά πάσα στιγμή και αυτή είναι μια από τις πιο θεμελιώδεις αρχές της φύσης στο σύμπαν. Έτσι, όταν ο άλτης σταματήσει, αυτή η κινητική ενέργεια πρέπει να πάει κάπου. Όταν η κίνηση σταματήσει απότομα, προκαλεί υψηλότερη ενέργεια μέσω του σώματος του άλτη, οδηγώντας σε εσωτερικό τραυματισμό και ψυχολογικό τραύμα. Το ελαστικό καλώδιο χρησιμοποιείται επομένως για να απορροφήσει σημαντικά την κινητική ενέργεια και να την αποθηκεύσει με τη μορφή ελαστικής δυνητικής ενέργειας που σώζει τη ζωή του άλτη.

Σουμιές:

Το άλμα σε τραμπολίνο είναι τόσο διασκεδαστικό όσο και καταπραϋντικό. Το άλμα με τραμπολίνο είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα εξοικονόμησης ενέργειας. Αποδεικνύει πώς η ενέργεια μετακινείται από δυναμική σε κινητική. Η βαρύτητα σας δίνει κινητική ενέργεια όταν πηδάτε σε τραμπολίνο. Όταν πηδάτε στο τραμπολίνο, το χαλί αρχίζει να τεντώνεται προς τα κάτω, μετατρέποντας την κινητική ενέργεια σε ελαστική δυνητική ενέργεια. Η ελαστική δυναμική ενέργεια έχει πλέον μετατραπεί σε κινητική, προκαλώντας σας να αναπηδήσετε στο τραμπολίνο. Όταν πηδάτε με άλλο άτομο, παρέχετε διπλή κινητική ενέργεια όταν προσγειώνεστε στο χαλάκι. Υπονοεί ότι το ελατήριο που συνδέεται με το χαλάκι θα αποκτήσει διπλάσια δυναμική ενέργεια, με αποτέλεσμα το διπλό αναπήδημα.

Φωτογραφία: Tequask, Τραμπολίνα, CC BY-SA 4.0

Διχαλωτή σφενδόνη:

Ο στόχος του Slingshot είναι να πυροβολήσει ένα βλήμα με γρήγορο ρυθμό. Για την επίτευξη αυτού του σκοπού χρησιμοποιείται ένας συγκεκριμένος τύπος λαστιχένιας ταινίας. Το βλήμα μπορεί να τραβηχτεί χρησιμοποιώντας μυϊκή ενέργεια. Όσο περισσότερο το τραβάτε πίσω, τόσο πιο ελαστική δυναμική ενέργεια δημιουργείται. Η πιο αποθηκευμένη ελαστική ενέργεια θα μετατραπεί σε περισσότερη κινητική ενέργεια, η οποία θα παρέχει μεγαλύτερη ταχύτητα στο βλήμα.

Οι καταπέλτες λειτουργούν με την ίδια αρχή με τις σφεντόνες. Οι καταπέλτες χρησιμοποιούνται για την προώθηση αεροσκαφών σε μικρές αποστάσεις όταν δεν υπάρχει διάδρομος. Επιπλέον, έχει χρησιμοποιηθεί ως όπλο στον στρατό από την αρχαιότητα.

Παραδείγματα ελαστικής δυνητικής ενέργειας
Συντελεστές εικόνας: Maxpixel Δωρεάν εικόνα

Σφουγγάρι:

Το σφουγγάρι είναι ισχυρός απορροφητής νερού και διαθέτει ελαστικότητα. Χρησιμοποιώντας ένα σφουγγάρι για να αφαιρέσετε το νερό από μια υγρή επιφάνεια είναι μια φανταστική ιδέα. Μετά από αυτό, μπορείτε να αφαιρέσετε το νερό πιέζοντας ή στρίβοντάς το. Το σφουγγάρι θα περιέχει ελαστική δυνητική ενέργεια κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας και μόλις αφαιρεθεί η δύναμη, θα επιστρέψει στο αρχικό του σχήμα.

Ποντικοπαγίδα:

Ο σκοπός μιας ποντικοπαγίδας είναι να πιάσει το ποντίκι. Γενικά τοποθετούνται σε περιοχές όπου υπάρχουν ενδείξεις δραστηριότητας ποντικιού σε εσωτερικούς χώρους. Η ποντικοπαγίδα τοποθετείται κοντά στο θήραμα, έτσι ώστε το ποντίκι να έλκεται από αυτήν από τη μυρωδιά της. Η συσσωρευμένη ελαστική δυναμική ενέργεια του τεντωμένου ελατηρίου μετατρέπεται σε κινητική καθώς το ποντίκι πλησιάζει το θήραμα. Λόγω κινητικής ενέργειας, η πόρτα θα κλείσει και το ποντίκι θα πιαστεί.

Σχετικά με την Alpa P. Rajai

Είμαι η Alpa Rajai, ολοκλήρωσα τα μεταπτυχιακά μου στις επιστήμες με εξειδίκευση στη Φυσική. Είμαι πολύ ενθουσιασμένος με το να γράφω για την κατανόησή μου προς την προηγμένη επιστήμη. Διαβεβαιώνω ότι τα λόγια και οι μέθοδοί μου θα βοηθήσουν τους αναγνώστες να κατανοήσουν τις αμφιβολίες τους και να ξεκαθαρίσουν αυτό που ψάχνουν. Εκτός από τη Φυσική, είμαι εκπαιδευμένος χορευτής Kathak και επίσης γράφω μερικές φορές το συναίσθημά μου με τη μορφή ποίησης. Συνεχίζω να ενημερώνω τον εαυτό μου στη Φυσική και ό, τι καταλαβαίνω το απλοποιώ και το κρατώ κατευθείαν στο σημείο, ώστε να παραδίδεται καθαρά στους αναγνώστες.
Μπορείτε επίσης να επικοινωνήσετε μαζί μου στη διεύθυνση: https://www.linkedin.com/in/alpa-rajai-858077202/

Lambda Geeks