Esneklik potansiyel enerji nedir? Esneklik potansiyel enerji formülü ve örnekleri

Esneklik potansiyel enerji, oluşumu basit olan ve sabit olmayan bir enerji türüdür, sıkışan ya da gerilen nesnenin boyutuna ve üzerine uygulanan kuvvete göre değişiklik göstermektedir. Bu nesneler üzerinde biriken esneklik potansiyel enerjisini öğrenmenin bir formülü ve yöntemi de bulunmaktadır. İçeriğimizde sizler için esneklik potansiyel enerji bulunan maddeleri örnekledik ve esneklik potansiyel enerjinin nasıl bulunacağına dair bilgiler paylaştık. İyi okumalar.

Esneklik Potansiyel Enerji Nedir?

Esneklik potansiyel enerjisi, esnek yapılı bir nesnenin şeklini değiştirmek için nesne üzerine uygulanan kuvvetin sonucu olarak biriken enerjidir. Bu enerji kuvvet ortadan kaldırılana ve nesne ilk haline geri dönene dek birikir ve tüm bunlar olurken de iş yapmaya devam eder. Şekil değişimi nesneyi sıkıştırma, germe ya da bükme yoluyla gerçekleşebilir. Esneklik potansiyel enerjisini biriktirmek için özellikle tasarlanmış olan birçok nesne bulunmaktadır.

Esneklik potansiyel enerjisini biriktirmek için oluşturulan nesneler genelde yüksek bir elastik limit ile üretilirler. Aynı zamanda tüm esnek nesnelerin de kaldırabileceği yükün bir sınırı vardır. Bu elastik limitin de ötesinde bir şekil değişikliği meydana geldiğinde, nesne ilk durumuna geri dönüş yapamaz. Çok uzun yıllar önce zemberek ile çalışan kurmalı mekanik saatler, oldukça popüler ve sık kullanılan aksesuarlardı. Günümüzdeyse kurmalı akıllı telefonlar kullanılmamaktadır. Çünkü yeterince yüksek düzeyde enerji yoğunluğu içeren ve esneklik potansiyel enerjisini saklayacak kadar yüksek elastik limite sahip olan bir materyal bulunmamaktadır.

Esneklik Potansiyel Enerji Formülü

Esneklik potansiyel enerjisinin formülünü şu şekilde basitçe anlatabiliriz: öncelikle, sarmal halde olan bir yayı, gererek boyunu x kadar uzattığımızı hayal edelim. Yayı geren f kuvveti ile x uzaması arasında da bağıntısı bulunmaktadır. (Hooke Yasası).

Bu örnekte k sabiti, yayın birim uzaması için gereken kuvvete eşittir ve birimi de N/m'dir. Yay, x kadar uzatılıyorken F=kx kuvveti de bir iş yapmaktadır. Kuvveti uygulayan taraf biz olduğumuzdan dolayı işi yapan da biziz aslında. Yapılan iş kadar enerji harcarız ve bu enerji de gerilen ya da sıkışan yayda depolanır. F=kx kuvveti de esasen x'e bağlı olarak değişen bir kuvvettir. Bu nedenler bu kuvvetin yaptığı işi F-x grafiğinin altında bulunan alan sayesinde bulabiliriz. Gerili halde olan alan F=kx kuvvetinin yaptığı işi, yani yayda depolanan enerjiyi verir. Aşağıdaki görsel desteği ile durum daha net anlaşılabilir.

Esneklik Potansiyel Enerji Örnekleri

Esneklik potansiyel enerji konusunun daha net anlaşılması için örnek problemler üzerinden ilerleyelim.

Örnek: Bir kamyonun, yay sabiti 5.104 N/m olan bir yayı mevcuttur. Yükü olmadığı zamanlarda, kamyon yerin 0,8 metre üzerinde duruyor. Mal yüklü olduğundaysa, kamyon alçalmakta ve yerin 0,7 metre üzerinde duruyor. Tüm bu durumlar göz önünde bulundurulduğunda, dört yayda ne kadar potansiyel enerji depolanmış haldedir?

Çözüm: Anlaşıldığı üzere, kamyonun yüksekliğindeki değişiklik oranı 0,1m'dir. (0,8m – 0,7m). Bu da bize yayların sıkıştırılmasını verir. Bu işlemi bir yaydaki potansiyel enerji denklemine koyalım:
U =21k(Δx)2

=21⋅5⋅104 N/m⋅(0,1 m)2

=250 J/yay

=1000 J
Örnek: Bir okçu asker, yayını 300 N'a varan bir kuvvet ile geriye doğru çekmektedir ve geriye doğru 0,6 metre uzatma becerisine sahiptir. Yayın normal bir yay gibi hareket ettiğini düşünürsek, okçu askerinin tüm gücünü kullanmasını sağlayacak olan yay sabiti ne olabilir?

Çözüm: Eğer söz konusu okçu askerin yayı yeteri kadar kuvvetli değilse, okçu 300 N'ın tümünü uygulayamayacaktır. Bu durumda, Hooke yasasını kullanarak yay sabitini bulmamız mümkündür.

k=ΔxF

=0,6 m/300 N

=500 N/m

Esneklik Potansiyel Enerjisi Kullanım Alanları

Esneklik potansiyel enerjisi, yaylarda depolanmış halde duran bir potansiyel enerji olduğunda, ya da bir yay ve türevi madde yeteri kadar sıkıştırıldığında kullanılmaktadır. Gerilim ya da sıkıştırılma anlarında esneklik potansiyel enerjinin kullanımı söz konusudur. Maksimum sıkışma ve gerilme anlarında esneklik potansiyel enerjisi de maksimum seviyeye ulaşır.

Esneklik Potansiyel Enerjisine Sahip Bir Cisim Örneği

Bir çok nesne esneklik potansiyel enerjisine sahip olabilir. Bunlardan bazıları şunlardır:

• Kurmalı bir saatte bulunan zemberek
• Bir okçu tarafından gerilmiş olan yay
• Yüzücünün suya atlamadan hemen önceki yayın durumu
• Oyuncak bir helikoptere gücünü veren bükülmüş lastik bant
• Tuğla bir duvara çarpıp seken ve tam bu esnada sıkışıp sıçrayan bir top.