Elastisten muodonmuutosten potentiaalienergia on fysikaalinen suure, joka on yhtä suuri kuin puolet kappaleen muodonmuutoksen ja sen jäykkyyden neliön tulosta. Tarkastellaanpa joitain tähän arvoon liittyviä teoreettisia kysymyksiä.
Ominaisuudet
Elastisten muodonmuutosten potentiaalinen energia riippuu analysoitavan kappaleen osien sijainnista. Esimerkiksi jousikierteiden lukumäärän ja elastisen kappaleen energian välillä löydettiin yhteys.
Elastisten muodonmuutosten potentiaalienergia määräytyy jousen alku- ja loppuasennon eli sen muodonmuutoksen perusteella. Ensin lasketaan venyneen jousen tekemä työ, kun se palaa alkuperäiseen muotoonsa. Tämän jälkeen lasketaan jousen elastisen muodonmuutoksen potentiaalienergia.
Laskelmat
Se on yhtä suuri kuin työ, jonka kimmovoima tekee kimmoisan kappaleen siirtyessä tilaan, jossa muodonmuutoksen määrä on nolla.
Kun eri jousia venytetään samalla voimalla, niille annetaan eri määrät potentiaalienergiaa. Käänteisesti verrannollinenjousen jäykkyyden ja potentiaalienergian suuruuden välinen suhde. Mitä jäykempi jousi otetaan, sitä pienempi arvo on Er.
Siten kappaleiden elastisen muodonmuutoksen potentiaalinen energia on suhteessa kimmokertoimeen. Kimmovoiman työ on arvo, jonka voima suorittaa jousen muodonmuutosmäärän muutoksen aikana alkuperäisestä (alku)arvosta X1 loppuasentoon X2.
Näiden arvojen eroa kutsutaan jousen muodonmuutokseksi. Kimmoisten muodonmuutosten potentiaalienergia määritetään tarkasti ottaen huomioon tämä indikaattori.
Jousen jäykkyyskerroin riippuu sen materiaalin laadusta, josta käyttöneste on valmistettu. Lisäksi siihen vaikuttavat analysoitavan kohteen geometriset mitat ja muoto. Tämä fyysinen suure on merkitty kirjaimella k, mittayksiköt ovat N/m.
Elastisen voiman riippuvuus tarkasteltavan elastisen kappaleen vuorovaikutuksessa olevien osien välisestä etäisyydestä on paljastunut.
Elastisen voiman työ ei liity liikeradan muotoon. Jos liike tapahtuu suljetussa kierrossa, sen kokonaisarvo on nolla. Tästä syystä kimmovoimat katsotaan potentiaalisiksi, ja ne lasketaan ottaen huomioon jousen jäykkyyskerroin, jousen muodonmuutoksen suuruus.
Johtopäätös
Ulkomuodosta riippumatta mikä tahansa nykyaikainen rakenne vääntyy jossain määrin eli muuttaa alkuperäisiä mittojaan kehoon kohdistuvan ulkoisen kuormituksen vaikutuksesta. Tällaisen rakenteen vakauden ja jäykkyyden tarkistamiseksi on tärkeää määrittää ne liikkeet, jotka aiheutuvat sen yksittäisten elementtien muodonmuutoksesta. Tärkeä asia on tarkasteltavana olevan järjestelmän siirtymien määrittäminen. Samanlaisia laskelmia tehdään laskettaessa rakennusten ja rakenteiden lujuutta. Erilaisten potentiaalisten voimien toiminnan määrittämiseen liittyvien laskelmien suorittaminen on pakollinen vaihe tulevaisuuden rakenteiden piirustuksia laadittaessa kaikilla teollisuuden aloilla.
