Versione italiana
Esercizi sull'energia potenziale elastica
L'energia potenziale elastica è l'energia immagazzinata in un oggetto quando viene deformato, come ad esempio una molla compressa o allungata. Questa energia è direttamente proporzionale alla deformazione dell'oggetto e può essere calcolata con la seguente formula:
E_p = \frac{1}{2} k x^2
dove:
- E_p è l'energia potenziale elastica,
- k è la costante elastica della molla (misurata in Newton per metro, N/m),
- x è la deformazione della molla rispetto alla sua lunghezza naturale (misurata in metri).
Concetti Fondamentali
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Deformazione: La deformazione x è la differenza tra la lunghezza attuale della molla e la sua lunghezza a riposo. Se la molla è compressa, x sarà negativo; se è allungata, sarà positivo.
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Costante elastica: La costante k rappresenta la rigidità della molla. Maggiore è il valore di k, più difficile sarà deformare la molla.
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Conservazione dell'energia: L'energia potenziale elastica può essere convertita in energia cinetica quando la molla viene rilasciata. Questo è un principio fondamentale della conservazione dell'energia.
Esercizi Esempio
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Esercizio 1: Calcola l'energia potenziale elastica di una molla con una costante elastica di 200 \, \text{N/m} che è allungata di 0.5 \, \text{m}.
Soluzione:
E_p = \frac{1}{2} k x^2 = \frac{1}{2} \cdot 200 \cdot (0.5)^2 = \frac{1}{2} \cdot 200 \cdot 0.25 = 25 \, \text{J}
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Esercizio 2: Una molla con una costante elastica di 150 \, \text{N/m} è compressa di 0.3 \, \text{m}. Qual è l'energia potenziale elastica immagazzinata nella molla?
Soluzione:
E_p = \frac{1}{2} k x^2 = \frac{1}{2} \cdot 150 \cdot (0.3)^2 = \frac{1}{2} \cdot 150 \cdot 0.09 = 6.75 \, \text{J}
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Esercizio 3: Se una molla con k = 100 \, \text{N/m} immagazzina 20 \, \text{J} di energia potenziale elastica, qual è la deformazione x della molla?
Soluzione:
E_p = \frac{1}{2} k x^2 \implies 20 = \frac{1}{2} \cdot 100 \cdot x^2
20 = 50 x^2 \implies x^2 = \frac{20}{50} = 0.4 \implies x = \sqrt{0.4} \approx 0.632 \, \text{m}
English version
Elastic Potential Energy Exercises
Elastic potential energy is the energy stored in an object when it is deformed, such as a compressed or stretched spring. This energy is directly proportional to the deformation of the object and can be calculated with the following formula:
E_p = \frac{1}{2} k x^2
where:
- E_p is the elastic potential energy,
- k is the spring constant (measured in Newtons per meter, N/m),
- x is the deformation of the spring relative to its natural length (measured in meters).
Fundamentals
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Strain: The strain x is the difference between the actual length of the spring and its length at rest. If the spring is compressed, x will be negative; if it is stretched, it will be positive.
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Spring constant: The constant k represents the stiffness of the spring. The higher the value of k, the harder it will be to deform the spring.
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Conservation of Energy: Elastic potential energy can be converted into kinetic energy when the spring is released. This is a fundamental principle of conservation of energy.
Exercises Example
- Exercise 1: Calculate the elastic potential energy of a spring with a spring constant of 200 \, \text{N/m} that is stretched by 0.5 \, \text{m}.
Solution:
E_p = \frac{1}{2} k x^2 = \frac{1}{2} \cdot 200 \cdot (0.5)^2 = \frac{1}{2} \cdot 200 \cdot 0.25 = 25 \, \text{J}
- Exercise 2: A spring with a spring constant of 150 \, \text{N/m} is compressed by 0.3 \, \text{m}. What is the elastic potential energy stored in the spring?
Solution:
E_p = \frac{1}{2} k x^2 = \frac{1}{2} \cdot 150 \cdot (0.3)^2 = \frac{1}{2} \cdot 150 \cdot 0.09 = 6.75 \, \text{J}
- Exercise 3: If a spring with k = 100 \, \text{N/m} stores 20 \, \text{J} of elastic potential energy, what is the deformation x of the spring?
Solution:
E_p = \frac{1}{2} k x^2 \implies 20 = \frac{1}{2} \cdot 100 \cdot x^2
20 = 50 x^2 \implies x^2 = \frac{20}{50} = 0.4 \implies x = \sqrt{0.4} \approx 0.632 \, \text{m}
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