พลังงานศักย์ยืดหยุ่น

พลังงานศักย์สปริง

ครูนัน

วจภ. ชลบุรี

สมบัติเกี่ยวกับ

สปริง

สปริงสามารถยืดได้หดได้

•ถ้ายืดสปริงออกให้ยาวขึ้น

​สปริงจะออกแรงดึงตัวเองกลับเพื่อคืนสู่สภาพเดิม

ถ้าหดสปริงให้สั้นลง

​สปริงจะออกแรงดึงตัวเองให้คืนสู่สภาพเดิมเหมือนกัน

การดึงกลับของสปริงทั้งในกรณีที่ถูกยืดหรือหดจะมีค่าไม่คงที่

•แปรผันตามระยะที่ถูกยืดหรือหดไปว่ามากหรือน้อยแค่ไหน
•เราจะให้ระยะที่ยืดหรือหดนี้แทนด้วยตัวแปร X
•ตัวแปร X เป็นตัวแปรที่จะบ่งบอกว่ามันยืดออกมาแค่ไหน

•เรียกว่าระยะยืด

•หรือหดสั้นกว่าความยาวเดิมแค่ไหน

•เรียกว่าระยะหด

โรเบิร์ตฮุคอัจฉริยะที่โลก

(เกือบ)ลืม

• ทุกวันนี้ทุกวันนี้นักประวัติศาสตร์พบว่าโรเบิร์ตฮุคนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษสร้างผลงานไว้มากมายทั้งทางฟิสิกส์ชีววิทยาและสถาปัตยกรรม

เขาประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์แล้วส่องไปยังเนื้อเยื่อของพืชจนค้นพบโครงสร้างลักษณะคล้ายห้องเล็กๆซึ่งเขาเรียกมันว่าเซลล์ (cell)

แต่ในสมัยก่อนชื่อของเขาปรากฏผ่านทางกฎของฮุค (Hooke's law) ที่เกี่ยวข้องกับการยืดหดของสปริงเท่านั้น

โรเบิร์ตฮุคอัจฉริยะที่โลก(เกือบ)ลืม

•ทําไมผู้ที่เก่งกาจขนาดนี้กลับกลายเป็นอัจฉริยะที่โลก (เกือบ) ลืม ?
•คําตอบอยู่ที่ศัตรูคนสําคัญในชีวิตของเขา...ผู้มีนามว่าไอแซคนิวตัน
•ฮุคอยู่ในยุคเดียวกับไอแซคนิวตันซึ่งทั้งสองไม่ถูกใจกันอย่างรุนแรงด้วยการวิวาทะเกี่ยวกับทฤษฎีเรื่องแสงและแรงโน้มถ่วงทําให้ไอแซคนิวตันพยายามทุกวิถีทางเพื่อทําลายชื่อเสียงและผลงานของโรเบิร์ตฮุคจนย่อยยับและฮุคได้ใช้ชีวิต
บั้นปลายอย่างยากลําบากไปจนเสียชีวิต

จากการศึกษาเกี่ยวกับสปริงของโรเบิร์ตฮุก สรุปออกมาว่า

แรง F แปรผันตรงกับค่า X

•ถ้าจะเขียนเป็นสมการก็ต้องใส่ค่าคงที่เข้าไป

การดึงกลับของสปริงทั้งในกรณีที่ถูกยืดและหดจะมีค่าไม่คงที่

สมการนี้เรียกว่า“สมการสปริง” หรือ “กฎของฮุก”
•k คือ “ค่าคงที่สปริง” หรือ “ค่านิจสปริง”

•ค่า k บ่งบอกว่าสปริงตัวนี้ยืดหดง่ายหรือยาก
•ถ้าค่า k มากก็ยืดหดยาก
•ถ้าค่า k น้อยก็ยืดหดง่าย

Multiple Choice

สปริง ก และ ข มีค่านิจสปริงไม่เท่ากัน ถูกกดด้วยแรงที่เท่ากัน ข้อความใดที่เป็นจริง

• สปริง ก และ ข ออกแรงต้านไม่เท่ากัน

• สปริง ก และ ข มีพลังงานศักย์ยืดหยุ่นเท่ากัน

• สปริงที่มีค่านิจสปริงมากจะมีพลังงานศักย์ยืดหยุ่นมากกว่า

• สปริงที่มีค่านิจสปริงน้อยจะมีพลังงานศักย์ยืดหยุ่นมากกว่า

Multiple Choice

ข้อใดกล่าวถูกต้องเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับระยะยืดหรือหดของสปริง

• แรงแปลผันตรงกับกำลังสองของระยะยืดหรือหด

• แรงแปรผันตรงกับระยะยืดหรือหด

• แรงแปรผกผันกับกำลังสองของระยะยืดหรือหด

• แรงผกผันตรงกับระยะยืดหรือหด

กฎของฮุค (Hooke's law)

•กฎของฮุคใช้บอกความสัมพันธ์ระหว่างแรง(F)ที่ใช้ในการดึงสปริง(หรือกดสปริง)กับระยะยืดออก(หรือหด)ของสปริง(x)

•กฎดังกล่าวแปรผันตรงตามธรรมชาติของวัสดุที่ใช้สร้างเป็นสปริง(K)นั้นๆ

.

คือหากเราออกแรงดึงเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าสปริงก็จะยืดออกเป็นสองเท่าด้วยเช่นกัน

สปริงที่ถูกยืดออก หรือหดเข้าจากความยาวเดิมมันพร้อมที่จะเคลื่อนที่ได้ด้วยตัวมันเองเป็นการบ่งบอกว่าสปริงนั้นมีพลังงานสะสมอยู่

พลังงานศักย์สปริง

สามารถหาค่าของพลังงาศักย์สปริงได้จากสมการ

Multiple Choice

ในการทดลองเรื่อง การยืดของสปริง ได้กราฟระหว่างแรงที่ดึงสปริงกับระยะที่สปริงยืดออก ดังรูป จงหาพลังงานศักย์ยืดหยุ่น

• 5 จูล

• 25 จูล

• 50 จูล

• 75 จูล

Multiple Choice

จากกราฟ สปริงมีค่าคงที่เท่าใด

• 1 นิวตัน/เมตร

• 10 นิวตัน/เมตร

• 25 นิวตัน/เมตร

• 50 นิวตัน/เมตร

พลังงานศักย์สปริง

Multiple Choice

ข้อใดกล่าวถูกต้องเกี่ยวกับพลังงานศักย์ยืดหยุ่น

• เกิดขึ้นเมื่อวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว

• เป็นพลังงานที่สะสมอยู่ในสปริงที่ยืดหรือหด

• เกิดจากแรงโน้มถ่วงของโลกกระทำกับวัตถุ

• เกิดจากวัตถุเคลื่อนที่ได้ระยะทางในหนึ่งหน่วยเวลา

พลังงานศักย์โน้มถ่วง

พลังงานศักย์สปริง

พลังงานจลน์

พลังงานจลน์

พลังงานศักย์โน้มถ่วง

พลังงานศักย์สปริง

พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่โดยตรงของวัตถุ

Multiple Choice

รถทดลอง 0.01กิโลกรัม วิ่งชนเสาสปริงที่มีค่านิจ 100นิวตัน/เมตร ด้วยอัตราความเร็ว 6เมตร/วินาที สปริงหดสั้นสุดกี่เมตร

• 0.01 เมตร

• 0.06 เมตร

• 0.10 เมตร

• 0.15 เมตร

Multiple Choice

ออกแรงดึงสปริงให้ยืด 1 เมตร ค่าคงตัวของสปริงเป็น 1,000 นิวตันต่อเมตร จงหาพลังงานศักย์ ยืดหยุ่นมีค่ากี่จูล

• 100 จูล

• 500 จูล

• 1,000 จูล

• 5,000 จูล

Multiple Choice

สปริง ยืดเข้าเป็นระยะ 5 m มีค่านิจสปริงเท่ากับ 2 N/m พลังงานศักย์ยืดหยุ่นเท่าไร

• 10 Joule

• 25 Joule

• 50 Joule

• 100 Joule

Multiple Choice

สปริงตัวหนึ่งมีค่านิจสปริง 100 นิวตัน/เมตร ต่อมาถูกแรงกระทำแล้วทำให้ยืดออก 0.2 เมตร จงหาพลังงานศักย์ยืดหยุ่นขณะที่ถูกแรงนี้กระทำมีค่ากี่จูล

• 4 Joule

• 3 Joule

• 2 Joule

• 1 Joule

Multiple Choice

ออกแรงดึงสปริงขนาด 20 นิวตัน พบว่าสปริงยืดออก 5 เซนติเมตร จงหาค่านิจของสปริงนี้

• 200 นิวตัน/เมตร

• 300 นิวตัน/เมตร

• 400 นิวตัน/เมตร

• 500 นิวตัน/เมตร

Multiple Choice

ออกแรงดึงสปริงตัวหนึ่งพบว่าสปริงสามารถยืดออกได้ 0.1 เมตร ค่านิจของสปริงนี้มีค่า 80 นิวตัน/เมตร จงหาพลังงานศักย์ยืดหยุ่นของสปริงนี้

• 0.4 Joule

• 0.2 Joule

• 0.8 Joule

• 0.6 Joule

Multiple Choice

สมการที่ใช้ในการหาค่าพลังงานศักย์ยืดหยุ่นคือข้อใด

• $$E\ =\frac{1}{2}kx^2$$  

• $$E\ =mgh$$  

• $$E\ =\frac{1}{2}mv^2$$  

• $$E\ =fx$$  

Multiple Choice

สปริงอันหนึ่งเมื่อออกแรงดึง 90 นิวตัน ทำให้สปริงยืดออก 20 เซนติเมตร จงหาค่านิจของสปริงนี้

• 350 N/m

• 450 N/m

• 550 N/m

• 650 N/m

Multiple Choice

แขวนน้ำหนัก 18 นิวตัน กับสปริงตัวหนึ่งพบว่าเกิดพลังงานศักย์ยืดหยุ่น 2.7 จูล จงหาว่าสปริงสามารถยืดออกได้เท่าไร

• 0.3 เมตร

• 0.4 เมตร

• 0.5 เมตร

• 0.6 เมตร

Multiple Choice

ออกแรงดึงสปริงขนาด 20 นิวตัน พบว่าสปริงยืดออก 5 เซนติเมตร จงหาค่านิจของสปริงนี้

• ก. 200 นิวตัน/เมตร

• ข. 300 นิวตัน/เมตร

• ค. 400 นิวตัน/เมตร

• ง. 500 นิวตัน/เมตร

Multiple Choice

ออกแรงดึงสปริงตัวหนึ่งพบว่าสปริงสามารถยืดออกได้ 0.1 เมตร ค่านิจของสปริงนี้มีค่า 80 นิวตัน/เมตร จงหาพลังงานศักย์ยืดหยุ่นของสปริงนี้

• ก. 0.2 จูล

• ข. 0.4 จูล

• ค. 0.6 จูล

• ง. 0.8 จูล

Multiple Choice

แขวนน้ำหนัก 18 นิวตัน กับสปริงตัวหนึ่งพบว่าเกิดพลังงานศักย์ยืดหยุ่น 2.7 จูล จงหาว่าสปริงสามารถยืดออกได้เท่าไร

• ก. 0.3 เมตร

• ข. 0.4 เมตร

• ค. 0.5 เมตร

• ง. 0.6 เมตร

Multiple Choice

ต้องทำงานเท่าไรที่จะทำให้สปริงที่มีค่านิจ 120 นิวตัน/เมตร สามารถยืดได้ 0.5 เมตร

• ก. 15 จูล

• ข. 20 จูล

• ค. 30 จูล

• ง. 40 จูล

Multiple Choice

สปริงอันหนึ่งเมื่อออกแรงดึง 90 นิวตัน ทำให้สปริงยืดออก 20 เซนติเมตร จงหาพลังงานศักย์ยืดหยุ่นของสปริงนี้

• ก. 5 จูล

• ข. 9 จูล

• ค. 10 จูล

• ง. 12 จูล