弾性位置エネルギーは、弾性材料の変形によって蓄積される機械エネルギーの一種です。バネなどの弾性体を圧縮または伸長すると、材料は元の位置または形状に戻ろうとする傾向があります。したがって、弾性材料の変形にはエネルギーが蓄積または蓄えられていると言えます。
上の画像では、バネが弛緩した位置に戻ると、蓄えられたエネルギーが発射体に伝達され、発射体が速度を獲得します。この例では、弾性位置エネルギーが運動エネルギーに変換されています。
弾性定数(K)
材料の弾性定数は、材料自体がその変形に課す困難さを決定します。したがって、この定数の値が大きいほど、材料の伸張または圧縮が難しくなります。国際単位系 (SI)では、弾性定数の測定単位はニュートン/メートル(N/m) です。
弾性位置エネルギーの計算
弾性オブジェクトの変形に関連するエネルギーは次の式で与えられます。
この方程式では次のようになります。
E pel =弾性位置エネルギー (J);
k =弾性定数 (N/m);
x =弾性材料が受ける変形 (m)。
応用例
*画像クレジット: /
棒高跳びでは、レース後、ポールがサイフォンに引っかかると、得られた運動エネルギーがポールに伝達され、ポールが曲がり、エネルギーが一時的に蓄えられることがわかります。弾性位置エネルギーは、アスリートが可能な最大の高さに達するまで、すぐに運動および重力位置エネルギーに変換されます。