ELASTISK KRAFT: HVAD DEN BESTÅR AF, FORMLER OG ØVELSER - FYSISK - 2025

Den elastiske kraft er den kraft, som et objekt udøver for at modstå en ændring i dens form. Det manifesterer sig i et objekt, der har en tendens til at genvinde sin form, når det er under virkningen af ​​en deformationskraft.

Den elastiske kraft kaldes også gendannende kraft, fordi den modsætter sig deformation for at returnere genstande til deres ligevægtsposition. Overførslen af ​​den elastiske kraft sker gennem partiklerne, der udgør genstande.

Fjederes elastiske kraft

For eksempel, når en metalfjeder komprimeres, udøves en kraft, der skubber fjederpartiklerne, hvilket mindsker adskillelsen mellem dem, samtidig med at partiklerne modstår at blive skubbet ved at udøve en kraft i modsætning til kompression.

Hvis det i stedet for at komprimere fjederen, trækkes og strækkes, separeres partiklerne, der udgør den, mere. Ligeledes modstår partiklerne at blive adskilt ved at udøve en kraft i modsætning til strækning.

Objekter, der har den egenskab at genvinde deres oprindelige form ved at modsætte sig deformationskraften kaldes elastiske objekter. Fjedre, gummibånd og bungee ledninger er eksempler på elastiske genstande.

Hvad er den elastiske kraft?

Den elastiske kraft (F _k) er den kraft, som et objekt udøver for at genvinde sin naturlige balance efter at være påvirket af en ekstern kraft.

For at analysere den elastiske kraft tages der hensyn til det ideelle fjedermassesystem, der består af en vandret placeret fjeder, der er fastgjort i den ene ende til væggen og i den anden ende til en blok med ubetydelig masse. De andre kræfter, der virker på systemet, såsom friktionskraften eller tyngdekraften, vil ikke blive taget i betragtning.

Hvis der udøves en vandret kraft på massen, der er rettet mod væggen, overføres den mod fjederen, hvorved den komprimeres. Fjederen bevæger sig fra sin ligevægtsposition til en ny position. Idet objektet har tendens til at forblive i ligevægt, manifesteres den elastiske kraft i fjederen, der er imod den påførte kraft.

Forskydningen angiver, hvor meget fjederen er deformeret, og den elastiske kraft er proportional med denne forskydning. Når fjederen er komprimeret, øges variationen i position, og følgelig øges den elastiske kraft.

Jo mere fjederen komprimeres, desto mere modsatrettede kraft udøver den, indtil den når et punkt, hvor den påførte kraft og den elastiske kraft er i balance, hvorfor fjedermassesystemet ophører med at bevæge sig. Når du holder op med at anvende kraft, er den eneste kraft, der virker, den elastiske kraft. Denne kraft accelererer fjederen i den modsatte retning af deformationen, indtil den genvinder ligevægt.

Det samme sker, når man strækker fjederen, trækker massen vandret. Fjederen strækkes og udøver straks en kraft, der er proportional med forskydningen mod strækningen.

formler

Den elastiske kraftformel udtrykkes ved Hookes lov. Denne lov hedder, at den lineære elastiske kraft, der udøves af et objekt, er proportional med forskydningen.

F _k = -k.Δ s

F _k = Elastisk kraft

Hookes lov. Elastisk kraft, der er proportional med strækningen.

Det negative tegn i ligningen indikerer, at fjederens elastiske kraft er i modsat retning end den kraft, der forårsagede forskydningen. Proportionalitetskonstanten k er en konstant, der afhænger af den type materiale, som fjederen er lavet fra. Enheden for konstanten k er N / m.

Elastiske genstande har en elasticitetsgrænse, der afhænger af deformationskonstanten. Hvis den strækkes ud over den elastiske grænse, vil den deformeres permanent.

Ligningen y gælder for små forskydninger af fjederen. Når forskydningerne er større, tilføjes termer med større magt Δ x.

Kinetisk energi og potentiel energi henvist til en elastisk kraft

Den elastiske kraft virker på fjederen ved at bevæge den mod dens ligevægtsposition. Under denne proces øges den potentielle energi i fjedermassesystemet. Den potentielle energi på grund af det arbejde, der udføres af den elastiske kraft, udtrykkes i ligningen.

Potentiel energi udtrykkes i Joules (J).

Når deformationskraften ikke påføres, accelererer fjederen mod ligevægtspositionen, hvilket reducerer den potentielle energi og øger den kinetiske energi.

Den kinetiske energi i massefjedersystemet, når det når ligevægtspositionen, bestemmes af ligningen.

Fjederkonstanten k er 35N / m.

Det kræver 1,75 N kraft at deformere fjederen med 5 cm.

Hvad er afbøjningskonstanten for en fjeder, der strækkes 20 cm ved hjælp af en 60N kraft?

Fjederkonstanten er 300N / m

Opnå potentiel energi

Hvad er den potentielle energi, der henvises til det arbejde, der udføres af den elastiske kraft af en fjeder, der er komprimeret 10 cm, og dens deformationskonstant er 20N / m?

Fjederens elastiske kraft er -200N.

Denne kraft arbejder på fjederen for at bevæge den mod dens ligevægtsposition. Ved at udføre dette arbejde øges systemets potentielle energi.

Den potentielle energi beregnes med ligningen

Referencer

1. Kittel, C, Knight, WD og Ruderman, M A. Mechanics. USA: Mc Graw Hill, 1973, bind I.
2. Rama Reddy, K, Badami, SB og Balasubramanian, V. Oscillations and Waves. Indien: Universities Press, 1994.
3. Murphy, J. Fysik: understanging af egenskaber ved materie og energi. New York: Britannica Educational Publishing, 2015.
4. Giordano, N J. College Fysik: Begrundelse og forhold. Canada: Brooks / Cole, 2009.
5. Walker, J, Halliday, D og Resnick, R. Fundamentals of Physics. USA: Wiley, 2014.