ELASTISK KRAFT: VAD DEN BESTÅR AV, FORMLER OCH ÖVNINGAR - FYSISK - 2025

Den elastiska kraften är den kraft som ett föremål utövar för att motstå en förändring i sin form. Det manifesterar sig i ett föremål som tenderar att återfå sin form när det är under en deformationskraft.

Den elastiska kraften kallas också återställningskraften eftersom den motsätter sig deformation för att återföra föremål till deras jämviktsposition. Överföringen av den elastiska kraften sker genom partiklarna som utgör föremålen.

Fjäderens elastiska kraft

Till exempel, när en metallfjäder komprimeras, utövas en kraft som skjuter fjäderpartiklarna, vilket minskar separationen mellan dem, samtidigt som partiklarna motstår att tryckas genom att utöva en kraft som strider mot kompression.

Om istället för att komprimera fjädern dras, sträcker sig, separeras partiklarna som utgör den mer. På samma sätt motstår partiklarna att separeras genom att utöva en kraft som strider mot sträckning.

Föremål som har egenskapen att återvinna sin ursprungliga form genom att motverka deformationskraften kallas elastiska föremål. Fjädrar, gummiband och bungekablar är exempel på elastiska föremål.

Vad är den elastiska kraften?

Den elastiska kraften ( F _k ) är den kraft som ett objekt utövar för att återfå sitt naturliga balans efter att ha påverkats av en yttre kraft.

För att analysera den elastiska kraften kommer det ideala fjädermasssystemet att beaktas, som består av en horisontellt placerad fjäder fäst vid ena änden på väggen och i den andra änden till ett block med försumbar massa. De andra krafterna som verkar på systemet, såsom friktionskraften eller tyngdkraften, kommer inte att beaktas.

Om en horisontell kraft utövas på massan, riktad mot väggen, överförs den mot fjädern och komprimerar den. Fjädern rör sig från sin jämviktsläge till en ny position. När objektet tenderar att förbli i jämvikt, manifesteras den elastiska kraften på våren som motsätter sig den applicerade kraften.

Förskjutningen indikerar hur mycket fjädern har deformerats och den elastiska kraften är proportionell mot den förskjutningen. När fjädern är komprimerad ökar variationen i läge och följaktligen ökar den elastiska kraften.

Ju mer fjädern komprimeras, desto mer motsatt kraft utövar den tills den når en punkt vid vilken den applicerade kraften och den elastiska kraften balanserar, följaktligen slutar fjädermasssystemet att röra sig. När du slutar utöva kraft är den enda kraften som verkar den elastiska kraften. Denna kraft påskyndar fjädern i motsatt riktning mot deformationen tills den återvinner jämvikt.

Samma sak händer när man sträcker våren, drar massan horisontellt. Fjädern är sträckt och utövar omedelbart en kraft som är proportionell mot förskjutningen motsatt sträckan.

formler

Den elastiska kraftformeln uttrycks av Hookes lag. Denna lag säger att den linjära elastiska kraften som utövas av ett föremål är proportionell mot förskjutningen.

F _k = -k.Δ s

F _k = Elastisk kraft

Hookes lag. Elastisk kraft proportionell mot stretch.

Det negativa tecknet i ekvationen indikerar att fjäderns elastiska kraft är i motsatt riktning mot kraften som orsakade förskjutningen. Proportionalitetskonstanten k är en konstant som beror på vilken typ av material fjädern är tillverkad från. Enheten för konstanten k är N / m.

Elastiska föremål har en elasticitetsgräns som beror på deformationskonstanten. Om den sträcker sig utanför den elastiska gränsen deformeras den permanent.

Ekvationen y gäller små förskjutningar av våren. När förskjutningarna är större läggs termer med större effekt på Δ x till .

Kinetisk energi och potentiell energi hänvisas till en elastisk kraft

Den elastiska kraften verkar på fjädern genom att flytta den mot dess jämviktsposition. Under denna process ökar fjädermasssystemets potentiella energi. Den potentiella energin på grund av det arbete som utförs av den elastiska kraften uttrycks i ekvationen.

Potentiell energi uttrycks i Joules (J).

När deformationskraften inte appliceras accelererar fjädern mot jämviktspositionen, minskar den potentiella energin och ökar den kinetiska energin.

Den kinetiska energin i massfjädersystemet, när det når jämviktspositionen, bestäms av ekvationen.

Fjäderkonstanten k är 35N / m.

Det tar 1,75 N kraft att deformera fjädern med 5 cm.

Vilken är avböjningskonstanten för en fjäder som sträcks 20 cm genom inverkan av en 60N kraft?

Fjäderkonstanten är 300N / m

Få potentiell energi

Vilken är den potentiella energin som hänvisas till det arbete som utförs av den elastiska kraften hos en fjäder som är komprimerad 10 cm och dess deformationskonstant är 20N / m?

Fjäderns elastiska kraft är -200N.

Denna kraft arbetar på fjädern för att flytta den mot dess jämviktsposition. Genom att göra detta arbete ökar systemets potentiella energi.

Den potentiella energin beräknas med ekvationen

referenser

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