Потенциальная энергия пружины

Hooke’s Law by PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, licensed under CC-BY-4.0 (https://phet.colorado.edu)

Тема проекта: Потенциальная энергия пружины

Цель работы:

• Установить зависимость потенциальной энергии пружины от удлинения;
• Установить зависимость потенциальной энергии пружины от жесткости пружины;
• Рассчитайте потенциальную энергию пружины, используя график силы.

Ожидаемые результаты:

• Потенциальная энергия пружины имеет квадратичную зависимость от удлинения и линейную зависимость от жесткости пружины.
• Потенциальная энергия увеличивается по мере увеличения жесткости пружины, и наоборот, она прямо пропорциональна жесткости пружины.

Практическая часть

Выберите «Energy» чтобы начать виртуальный эксперимент.

Виртуальная лаборатория выглядит следующим образом.

Часть 1. Зависимость потенциальной энергии от жесткости пружины 

Виртуальный эксперимент.

Шаг 1. Растяните или сожмите пружину, изменив ее перемещение.

Шаг 2. Измените жесткость пружины. Как изменится потенциальная энергия?

Шаг 3. Сделайте вывод

Часть 2. Зависимость потенциальной энергии от удлинения пружины

Виртуальный эксперимент.

Шаг 1. Растяните или сожмите пружину, изменив ее перемещение. Посмотрите, как меняется энергия.

Шаг 2. Переключитесь на энергетический график. Как зависит потенциальная энергия от удлинения? По мере увеличения удлинения энергия увеличивается квадратичным образом. Зависимость квадратичная.

Часть 3. Расчет потенциальной энергии

Виртуальный эксперимент.

Шаг 1. Переключитесь на график силы.

Шаг 2. Вычислите площадь, окрашенную голубым цветом. Это прямоугольный треугольник, умножьте основания друг на друга и делите на два. Это даст потенциальную энергию пружины.

Заключение

Потенциальная энергия пружины имеет квадратичную зависимость от удлинения и линейную зависимость от жесткости пружины. Потенциальная энергия увеличивается по мере увеличения жесткости пружины, и наоборот, она прямо пропорциональна жесткости пружины.

Глоссарий

Applied force — Применяемая сила

Spring force — Сила упругости

Displacement — Перемещение

Equilibrium position — Положение равновесия

Values — Числовые значения

Spring constant — Жесткость пружины

Bar graph — Гистограмма

Energy plot — График энергии

Force plot — График силы

Energy — Энергия

Potential energy — Потенциальная энергия