- Kāds ir elastīgais spēks?
- Formulas
- Kinētiskā enerģija un potenciālā enerģija attiecas uz elastīgo spēku
- Potenciālās enerģijas iegūšana
- Atsauces
Elastīga spēks ir spēks, ka objekts acīs pretoties izmaiņas tā formā. Tas izpaužas objektā, kuram ir tendence atgūt formu, kad tas atrodas deformācijas spēka ietekmē.
Elastīgo spēku sauc arī par atjaunojošo spēku, jo tas iebilst pret deformāciju, lai atgrieztos objektus līdzsvara stāvoklī. Elastīgā spēka pārnešana notiek caur daļiņām, kas veido objektus.
Atsperes elastīgais spēks
Piemēram, saspiežot metāla atsperi, tiek pielikts spēks, kas nospiež atsperes daļiņas, samazinot atstatumu starp tām, tajā pašā laikā daļiņas pretojas stumšanai, iedarbinot spēku, kas ir pretrunā ar saspiešanu.
Ja tā vietā, lai saspiestu atsperi, tas tiek velk un stiepjas, daļiņas, kas to veido, tiek vairāk atdalītas. Tāpat daļiņas pretojas atdalīšanai, pieliekot spēku pretēji izstiepšanai.
Objektus, kuriem ir īpašība atgūt sākotnējo formu, pretstatot deformācijas spēkam, sauc par elastīgiem objektiem. Elastīgu priekšmetu piemēri ir atsperes, gumijas lentes un gumijotās auklas.
Kāds ir elastīgais spēks?
Elastīgais spēks ( F k ) ir spēks, ko objekts pieliek, lai atgūtu dabiskā līdzsvara stāvokli pēc tam, kad to ir ietekmējis ārējs spēks.
Lai analizētu elastīgo spēku, tiks ņemta vērā ideālā atsperu masu sistēma, kas sastāv no horizontāli novietota atsperes, kas vienā galā ir piestiprināta pie sienas, bet otrā galā - ar nenozīmīgas masas bloku. Pārējie spēki, kas iedarbojas uz sistēmu, piemēram, berzes spēks vai gravitācijas spēks, netiks ņemti vērā.
Ja masai tiek veikts horizontāls spēks, kas vērsts pret sienu, tas tiek pārnests uz atsperi, to saspiežot. Atspere pārvietojas no līdzsvara stāvokļa uz jaunu pozīciju. Tā kā priekšmetam ir tendence palikt līdzsvarā, izpaužas elastīgais spēks pavasarī, kas ir pretstatā pielietotajam spēkam.
Nobīde norāda, cik lielā mērā atspere ir deformējusies, un elastīgais spēks ir proporcionāls šim pārvietojumam. Kad atspere ir saspiesta, pozīcijas izmaiņas palielinās un attiecīgi palielinās elastīgais spēks.
Jo vairāk atspere tiek saspiesta, jo vairāk pretēju spēku tā izdara, līdz tā sasniedz punktu, kurā pieliek pielikto spēku un elastīgā spēka līdzsvaru, līdz ar to atsperes masas sistēma pārstāj kustēties. Kad jūs pārtraucat pielietot spēku, vienīgais spēks, kas darbojas, ir elastīgais spēks. Šis spēks paātrina atsperi pretējā virzienā pret deformāciju, līdz tas atjauno līdzsvaru.
Tas pats notiek, izstiepjot atsperi, velkot masu horizontāli. Atspere ir izstiepta un nekavējoties pieliek spēku, kas ir proporcionāls pārvietojumam, kas ir pretējs stiepei.
Formulas
Elastīgā spēka formula ir izteikta ar Hūka likumu. Šis likums nosaka, ka objekta radītais lineārais elastīgais spēks ir proporcionāls pārvietojumam.
F k = -k.Δ s
F k = elastīgais spēks
Hūka likums. Elastīgais spēks, kas proporcionāls izstiepumam.
Vienādojuma negatīvā zīme norāda, ka atsperes elastīgais spēks ir pretējā virzienā pret spēku, kas izraisīja pārvietojumu. Proporcionalitātes konstante ir konstante, kas ir atkarīga no materiāla veida, no kura izgatavots atspere. Konstantes k vienība ir N / m.
Elastīgajiem objektiem ir elastības robeža, kas būs atkarīga no deformācijas konstantes. Ja tas ir izstiepts ārpus elastīgās robežas, tas ilgstoši deformējas.
Vienādojums y attiecas uz maziem atsperes pārvietojumiem. Kad pārvietojumi ir lielāki, pievieno nosacījumus ar lielāku jaudu Δ x .
Kinētiskā enerģija un potenciālā enerģija attiecas uz elastīgo spēku
Elastīgais spēks darbojas uz atsperi, virzot to uz līdzsvara stāvokli. Šī procesa laikā palielinās atsperu masu sistēmas potenciālā enerģija. Potenciālā enerģija, kas rodas elastīgā spēka veiktā darba rezultātā, tiek izteikta vienādojumā.
Potenciālā enerģija tiek izteikta džoulos (J).
Kad deformācijas spēks netiek pielikts, atspere paātrinās līdzsvara stāvokļa virzienā, samazinot potenciālo enerģiju un palielinot kinētisko enerģiju.
Masu atsperu sistēmas kinētisko enerģiju, kad tā sasniedz līdzsvara stāvokli, nosaka ar vienādojumu.
Atsperes konstante k ir 35N / m.
Lai atsperi deformētu par 5 cm, nepieciešams 1,75 N spēka.
Kāda ir atsperes novirzes konstante, kuru izstiepj 20 cm ar 60N spēka iedarbību?
Atsperes konstante ir 300N / m
Potenciālās enerģijas iegūšana
Kāda ir potenciālā enerģija, kas saistīta ar darbu, ko veic 10 cm saspiesta atsperes elastīgais spēks un kuras deformācijas konstante ir 20N / m?
Atsperes elastīgais spēks ir -200N.
Šis spēks darbojas uz atsperi, lai to virzītu uz līdzsvara stāvokli. Veicot šo darbu, tiek palielināta sistēmas potenciālā enerģija.
Potenciālā enerģija tiek aprēķināta ar vienādojumu
Atsauces
- Kittel, C, Knight, WD un Ruderman, M A. Mechanics. ASV: Mc Graw Hill, 1973, I sējums.
- Rama Reddy, K, Badami, SB un Balasubramanian, V. Oscilācijas un viļņi. Indija: Universities Press, 1994.
- Mērfijs, J. Fizika: matērijas un enerģijas īpašību izpratne. Ņujorka: Britannica Educational Publishing, 2015.
- Giordano, N J. Koledžas fizika: spriešana un attiecības. Kanāda: Brooks / Cole, 2009.
- Walker, J, Halliday, D un Resnick, R. Fizikas pamati. ASV: Vileijs, 2014. gads.