- Aká je elastická sila?
- vzorca
- Kinetická energia a potenciálna energia označovaná ako elastická sila
- Získanie potenciálnej energie
- Referencie
Pružná sila je sila, ktorá objekt pôsobí odolať zmenu jeho tvaru. Prejavuje sa v predmete, ktorý má tendenciu znovu získať svoj tvar, keď je pod vplyvom deformačnej sily.
Elastická sila sa tiež nazýva obnovovacia sila, pretože je proti deformácii, aby vrátila objekty do ich rovnovážnej polohy. Prenos elastickej sily je cez častice, ktoré tvoria objekty.
Elastická sila pružiny
Napríklad, keď je kovová pružina stlačená, pôsobí sila, ktorá tlačí pružinové častice, čím sa znižuje separácia medzi nimi, pričom častice súčasne odolávajú tlačeniu pôsobením sily, ktorá je v rozpore s kompresiou.
Ak sa namiesto stlačenia pružiny pritiahne, natiahne, častice, ktoré ju tvoria, sú viac oddelené. Podobne častice odolávajú oddeleniu pôsobením sily, ktorá je v rozpore s napínaním.
Predmety, ktoré majú vlastnosť obnoviť svoj pôvodný tvar pôsobením proti deformačnej sile, sa nazývajú elastické objekty. Pružiny, gumičky a bungee šnúry sú príklady elastických predmetov.
Aká je elastická sila?
Elastická sila ( F k ) je sila, ktorú objekt vyvíja, aby získal späť svoj stav prirodzenej rovnováhy po ovplyvnení vonkajšou silou.
Pri analýze elastickej sily sa bude brať do úvahy ideálny systém pružinovej hmoty, ktorý pozostáva z horizontálne umiestnenej pružiny pripevnenej na jednom konci k stene a na druhom konci k bloku zanedbateľnej hmotnosti. Ostatné sily pôsobiace na systém, ako napríklad trecia sila alebo gravitačná sila, sa nebudú brať do úvahy.
Ak na hmotu pôsobí vodorovná sila, nasmerovaná na stenu, je prenášaná smerom k pružine a stláča ju. Pružina sa pohybuje zo svojej rovnovážnej polohy do novej polohy. Pretože objekt má sklon zostať v rovnováhe, prejavuje sa pružná sila na pružine, ktorá pôsobí proti použitej sile.
Posun udáva, ako sa pružina zdeformovala a elastická sila je úmerná tomuto posunutiu. Keď je pružina stlačená, kolísanie polohy sa zvyšuje a následne sa zvyšuje elastická sila.
Čím viac je pružina stlačená, tým silnejšia sila pôsobí, až kým nedosiahne bod, v ktorom aplikovaná sila a elastická rovnováha sily prestane pôsobiť, takže systém pružiny a hmoty sa prestane pohybovať. Keď prestanete pôsobiť silou, jedinou silou, ktorá pôsobí, je elastická sila. Táto sila zrýchľuje pružinu v opačnom smere k deformácii, až kým nenadobudne rovnováhu.
To isté sa stane pri napínaní pružiny, pri horizontálnom ťahaní hmoty. Pružina je natiahnutá a okamžite pôsobí silou úmernou posunu, ktoré je proti natiahnutiu.
vzorca
Vzorec elastickej sily je vyjadrený Hookeho zákonom. Tento zákon uvádza, že lineárna elastická sila vyvíjaná objektom je úmerná posunu.
F K = -k.Δ s
F k = elastická sila
Hookeov zákon. Elastická sila úmerná roztiahnutiu.
Záporné znamienko v rovnici znamená, že pružná sila pružiny je v opačnom smere ako sila, ktorá spôsobila posun. Konštanta proporcionality k je konštanta, ktorá závisí od typu materiálu, z ktorého je pružina vyrobená. Jednotka konštanty k je N / m.
Elastické predmety majú limit elasticity, ktorý bude závisieť od deformačnej konštanty. Ak je natiahnutá za elastickú hranicu, bude sa natrvalo deformovať.
Rovnica y platí pre malé posunutie pružiny. Ak sú posuny väčšie, pridajú sa termíny s väčším výkonom A x .
Kinetická energia a potenciálna energia označovaná ako elastická sila
Elastická sila pôsobí na pružinu tak, že ju posunie smerom do rovnovážnej polohy. Počas tohto procesu sa zvyšuje potenciálna energia systému pružinových hmôt. Potenciálna energia spôsobená prácou vykonanou elastickou silou je vyjadrená v rovnici.
Potenciálna energia je vyjadrená v jouloch (J).
Ak deformačná sila nie je použitá, pružina sa zrýchli smerom k rovnovážnej polohe, čím znižuje potenciálnu energiu a zvyšuje kinetickú energiu.
Kinetická energia systému hromadnej pružiny, keď dosiahne rovnovážnu polohu, je určená rovnicou.
Pružinová konštanta k je 35 N / m.
Deformácia pružiny o 5 cm si vyžaduje 1.75 N sily.
Aká je deformačná konštanta pružiny, ktorá je natiahnutá 20 cm pôsobením sily 60 N?
Pružinová konštanta je 300 N / m
Získanie potenciálnej energie
Aká je potenciálna energia týkajúca sa práce vykonanej pružnou silou pružiny, ktorá je stlačená 10 cm a jej deformačná konštanta je 20 N / m?
Elastická sila pružiny je -200 N.
Táto sila pôsobí na pružinu, aby ju posunula smerom do rovnovážnej polohy. Táto práca zvyšuje potenciálnu energiu systému.
Potenciálna energia sa vypočíta pomocou rovnice
Referencie
- Kittel, C, Knight, WD a Ruderman, M. A. Mechanics. USA: Mc Graw Hill, 1973, zv. I.
- Ráma Reddy, K, Badami, SB a Balasubramanian, V. Oscilácie a vlny. India: Universities Press, 1994.
- Murphy, J. Physics: chápat vlastnosti hmoty a energie. New York: Britannica Educational Publishing, 2015.
- Giordano, N. J. College Physics: Zdôvodnenie a vzťahy. Kanada: Brooks / Cole, 2009.
- Walker, J, Halliday, D a Resnick, R. Základy fyziky. USA: Wiley, 2014.